JP2017017251A - Vapor phase growth device and temperature detection method - Google Patents

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Yasushi Iechika
近 泰 家
田 征 人 秋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To highly precisely detect temperatures at a film growth surface on a substrate.SOLUTION: A vapor phase growth device includes: a reaction chamber where a vapor phase growth reaction is caused to a substrate; a gas supply section for supplying gas into the reaction chamber; a heating means for heating the substrate; and a radiation thermometer disposed above a film growth surface of the substrate to measure temperatures of the film growth surface. The radiation thermometer includes a calculation section for correcting at least one of a phase of a heat radiation light intensity and a phase of a reflectance so that a phase of the heat radiation light intensity and a phase of the reflectance match to each other, and determining a temperature at the film growth surface on the basis of the heat radiation light intensity and the reflectance which have phases having been matched.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、気相成長装置および温度検出方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a vapor phase growth apparatus and a temperature detection method.

放射温度計は、測定対象物から放射される熱輻射光強度を測定して測定対象物の温度を求めるものである。放射温度計は、測定対象物の温度を非接触で測定できるため、基板上に複数の膜を形成する成膜工程にて、各膜の成長温度をモニタしながら成膜を行うといった目的に利用できる。   The radiation thermometer measures the temperature of the measurement object by measuring the intensity of heat radiation emitted from the measurement object. A radiation thermometer can measure the temperature of an object to be measured in a non-contact manner, so it can be used for the purpose of film formation while monitoring the growth temperature of each film in the film formation process for forming multiple films on a substrate. it can.

ところで、一般に測定対象物からの熱輻射光強度は同じ温度の黒体からの熱輻射光強度に比べて小さい。ある温度の物体からの熱輻射光強度を同じ温度の黒体からの熱輻射光強度で割ったものが放射率である。これは、(1)式で表される。   By the way, in general, the heat radiation intensity from the measurement object is smaller than the heat radiation intensity from the black body at the same temperature. The emissivity is obtained by dividing the heat radiation intensity from an object at a certain temperature by the heat radiation intensity from a black body at the same temperature. This is expressed by equation (1).

P(T、ε)=ε×Pb(T) …(1) P (T, ε) = ε × Pb (T) (1)

ここで、εは測定対象物の放射率、Pは温度Tでの熱輻射光強度、Pbは温度Tの黒体からの熱輻射光強度である。したがって、測定対象物からの熱輻射光強度を測定し、この熱輻射光強度をその物体の放射率で割り、放射率の影響を補正することで、この物体と同じ温度の黒体が放射する熱輻射光強度を求め、この熱輻射光強度から物体の温度を計算することができる。   Here, ε is the emissivity of the measurement object, P is the thermal radiation intensity at the temperature T, and Pb is the thermal radiation intensity from the black body at the temperature T. Therefore, by measuring the thermal radiation intensity from the measurement object, dividing this thermal radiation intensity by the emissivity of the object, and correcting the effect of the emissivity, a black body at the same temperature as this object emits. The heat radiation intensity can be obtained, and the temperature of the object can be calculated from the heat radiation intensity.

このため、放射温度計を用いて精度よく温度を計測するためには測定対象物の正確な放射率の値が必要である。ただし、放射率は、測定対象物の材質だけでなく表面状態や温度などにも依存するため、測定対象物の適切な放射率の値を正確に得ることは簡単ではない。   For this reason, in order to measure temperature accurately using a radiation thermometer, the exact emissivity value of a measurement object is required. However, since the emissivity depends not only on the material of the measurement object but also on the surface state and temperature, it is not easy to accurately obtain an appropriate emissivity value of the measurement object.

一方、ある限定された条件下では、放射率を測定することが可能である。つまり、熱輻射光強度を測定する光の波長範囲において、光が測定対象物を透過せず、また測定対象物の表面に照射した光が散乱されない場合、測定対象物の表面での光の反射率をRとすると、放射率(ε)は、(2)式で表される。   On the other hand, under certain limited conditions, it is possible to measure emissivity. In other words, in the wavelength range of the light for measuring the heat radiation light intensity, if the light does not pass through the object to be measured and the light irradiated on the surface of the object to be measured is not scattered, the light is reflected on the surface of the object to be measured. When the rate is R, the emissivity (ε) is expressed by equation (2).

ε=1−R …(2) ε = 1−R (2)

したがって、熱輻射光強度を測定する光の波長範囲において、測定対象物の表面が十分な鏡面性を有し、外部からの光源を用いて測定対象物の反射率を測定することが可能であり、測定対象物が光を吸収する(光透過率が0である)場合には、測定対象物の表面状態や温度にかかわらず放射率を求めることができる。   Therefore, in the wavelength range of the light for measuring the heat radiation intensity, the surface of the measurement object has sufficient specularity, and the reflectance of the measurement object can be measured using an external light source. When the measurement object absorbs light (light transmittance is 0), the emissivity can be obtained regardless of the surface state and temperature of the measurement object.

特開2000−105152号公報JP 2000-105152 A

基板の上に薄膜が形成されている場合、薄膜表面と基板表面にて多重反射が生じるため、薄膜の膜厚によって反射率が周期的に変化する。この反射率が変化する膜厚の周期は形成される薄膜の屈折率と測定に用いる波長によって決まる。具体的には、形成する薄膜の屈折率をn、測定に用いる波長をλ、反射率が変化する膜厚の周期をdpすると、(3)式で表される。   When a thin film is formed on the substrate, multiple reflection occurs between the surface of the thin film and the surface of the substrate, so that the reflectance periodically changes depending on the film thickness of the thin film. The period of the film thickness at which the reflectance changes depends on the refractive index of the thin film to be formed and the wavelength used for measurement. Specifically, when the refractive index of the thin film to be formed is n, the wavelength used for measurement is λ, and the period of the film thickness at which the reflectance changes is dp, it is expressed by equation (3).

dp=λ/2n …(3) dp = λ / 2n (3)

あるいは薄膜の膜厚をdとして、反射率は(4)式のように、
φ=4πnd/λ…(4)
の位相で変化していると見ることができる。
Alternatively, let d be the thickness of the thin film, and the reflectance is as in equation (4):
φ = 4πnd / λ (4)
It can be seen that the phase changes.

測定対象物からの熱輻射光強度は測定対象物の放射率に依存し、この放射率は反射率と(2)式の関係があるので、原理的には、熱輻射光強度と反射率の上記の膜厚の変化に対する位相は一致しているはずであるが、実際上、反射率を測定して求めた放射率と熱輻射光強度の膜厚の変化に対する位相は完全に一致させることは難しい。たとえば反射率の測定に用いる光源のスペクトルと熱輻射光のスペクトルは一般には異なっている。このため、たとえ反射率と熱輻射光強度の測定に同一の波長選択フィルタを用いても、波長選択フィルタを通過する光の波長幅が有限であるために、反射率が変化する膜厚の周期と放射率が変化する膜厚の周期がわずかに異なる。これは、(4)式で定義される見かけ上の波長が反射率と放射率では異なっていると言うこともできる。(4)式から、放射率の位相φe、反射率の位相をφrとするとその差δφは、反射率の測定に見られる見かけ上の波長λrと熱輻射光強度の測定に見られるλeを用いて、以下の(5)式で表される。   The thermal radiation intensity from the measurement object depends on the emissivity of the measurement object, and this emissivity has a relationship with the reflectance in the formula (2), so in principle, the thermal radiation intensity and the reflectance The phase with respect to the change in film thickness should match, but in practice, the phase of the emissivity obtained by measuring the reflectance and the change in film thickness of the thermal radiation intensity is completely matched. difficult. For example, the spectrum of a light source used for measuring reflectance is generally different from the spectrum of thermal radiation. For this reason, even if the same wavelength selection filter is used for the measurement of the reflectance and the heat radiation light intensity, the wavelength width of the light passing through the wavelength selection filter is finite, so the period of the film thickness at which the reflectance changes The period of the film thickness at which the emissivity changes is slightly different. This can be said that the apparent wavelength defined by the equation (4) is different in reflectance and emissivity. From equation (4), when the phase of emissivity φe and the phase of reflectivity are φr, the difference δφ uses the apparent wavelength λr found in the measurement of reflectivity and λe found in the measurement of thermal radiation intensity. Is expressed by the following equation (5).

δφ=4πnd(1/λe−1/λr)…(5)   δφ = 4πnd (1 / λe−1 / λr) (5)

この(5)式からわかるように、反射率と放射率の膜厚に対する周期変化の位相は膜厚が大きくなるにしたがって大きくなる。つまり、膜厚が増大するにつれて反射率から求めた放射率は実際の放射率から次第にずれていく。つまり、反射率から求めた放射率を使って補正して求めた温度は薄膜の膜厚が増大するほど、誤差が大きくなる。   As can be seen from equation (5), the phase of the periodic change with respect to the film thickness of the reflectance and emissivity increases as the film thickness increases. That is, as the film thickness increases, the emissivity obtained from the reflectance gradually deviates from the actual emissivity. That is, the error obtained by correcting the temperature using the emissivity obtained from the reflectance increases as the thickness of the thin film increases.

成長する薄膜が、前記の放射温度計の計測に用いる波長の光を吸収する場合、反射率の膜厚に対する周期的な振動は、膜厚が増すにつれて小さくなり、最終的には一定値になる。これは形成する薄膜の内部で光が吸収されるため、薄膜の下面からの反射光がほとんどなくなるためである。このような場合、反射率や熱輻射光強度の膜厚に対する変動が膜厚の増大とともに次第に無くなるので、上述のような温度の誤差はあまり大きな問題とならない。一方、成長する薄膜が、放射温度計の計測に用いる波長域の光を吸収しない場合、反射率の膜厚に対する変動は無くならないので、上述のような温度の誤差は大きな問題となりうる。   When the growing thin film absorbs light of the wavelength used for the radiation thermometer measurement, the periodic oscillation of the reflectance with respect to the film thickness decreases as the film thickness increases, and finally becomes a constant value. . This is because light is absorbed inside the thin film to be formed, so that almost no light is reflected from the lower surface of the thin film. In such a case, fluctuations in the reflectance and thermal radiation light intensity with respect to the film thickness gradually disappear as the film thickness increases, so that the temperature error as described above does not become a significant problem. On the other hand, when the growing thin film does not absorb light in the wavelength region used for the measurement of the radiation thermometer, the variation of the reflectance with respect to the film thickness does not disappear, so the temperature error as described above can be a big problem.

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、基板上の膜成長面の温度を精度よく検出可能な気相成長装置および温度検出方法を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a vapor phase growth apparatus and a temperature detection method capable of accurately detecting the temperature of a film growth surface on a substrate.

本実施形態による気相成長装置は、基板に対して気相成長反応を生じさせる反応室と、前記反応室にガスを供給するガス供給部と、前記基板の膜成長面とは反対の面側から、前記基板を加熱する加熱手段と、前記基板の膜成長面の上方に配置されて、前記膜成長面の温度を測定する放射温度計と、を備え、前記放射温度計は、前記基板の膜成長面の熱輻射光強度の位相と反射率の位相とが合うように前記熱輻射光強度の位相と前記反射率の位相との少なくともいずれかを補正し、前記補正により位相が合わせられた前記熱輻射光強度と前記反射率に基づき、前記膜成長面の温度を求める計算部を有する。   The vapor phase growth apparatus according to the present embodiment includes a reaction chamber that causes a vapor phase growth reaction on the substrate, a gas supply unit that supplies gas to the reaction chamber, and a surface side opposite to the film growth surface of the substrate. And heating means for heating the substrate, and a radiation thermometer disposed above the film growth surface of the substrate and measuring the temperature of the film growth surface, the radiation thermometer comprising: At least one of the phase of the thermal radiation light intensity and the phase of the reflectance is corrected so that the phase of the heat radiation light intensity and the phase of the reflectance of the film growth surface are matched, and the phase is matched by the correction. A calculation unit for obtaining a temperature of the film growth surface based on the heat radiation intensity and the reflectance;

また、本実施形態による気相成長方法は、加熱手段により基板を加熱しながら前記基板に原料ガスを供給して、前記基板上に単一、または複数の膜を順次成長させる際に前記基板の温度を検出する温度検出方法であって、前記基板の膜成長面の上方に放射温度計を配置して、前記基板からの熱輻射光強度および反射光強度を測定し、前記熱輻射光強度の位相および前記反射率の位相とが合うように前記熱輻射光強度の位相と前記反射率の位相の少なくともいずれかを補正し、前記補正により位相が合わせられた前記熱輻射光強度と前記反射率に基づき、前記膜成長面の温度を求める。   In the vapor phase growth method according to the present embodiment, the source gas is supplied to the substrate while heating the substrate by a heating unit, and a single film or a plurality of films are sequentially grown on the substrate. A temperature detection method for detecting temperature, wherein a radiation thermometer is disposed above a film growth surface of the substrate, and the heat radiation intensity and reflected light intensity from the substrate are measured, and the heat radiation intensity of the substrate is measured. Correcting at least one of the phase of the thermal radiation intensity and the phase of the reflectance so that the phase and the phase of the reflectance are matched, and the thermal radiation intensity and the reflectance matched in phase by the correction Based on the above, the temperature of the film growth surface is obtained.

一実施形態による気相成長装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the vapor phase growth apparatus by one Embodiment. 放射温度計の内部構成を示す図。The figure which shows the internal structure of a radiation thermometer. 放射温度計内の計算部の処理手順の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the process sequence of the calculation part in a radiation thermometer. 熱輻射光強度の波形図。The wave form diagram of heat radiation light intensity. 熱輻射光強度と反射率を表す曲線の一例を示す図。The figure which shows an example of the curve showing a thermal radiation light intensity | strength and a reflectance. 図3の処理を行った場合と行わなかった場合の放射温度計で測定される温度の時間変化を示す曲線を示す図。The figure which shows the curve which shows the time change of the temperature measured with the radiation thermometer when not performing with the process of FIG.

図1は一実施形態による気相成長装置1の概略構成を示す図である。本実施形態では、成膜処理を行う基板としてシリコン基板、具体的にはシリコンウエハ(以下、単にウエハと呼ぶ)Wを用い、このウエハW上に複数の膜を積層する例を説明する。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a vapor phase growth apparatus 1 according to an embodiment. In the present embodiment, an example will be described in which a silicon substrate, specifically, a silicon wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) W is used as a substrate for film formation, and a plurality of films are stacked on the wafer W.

図1の気相成長装置1は、ウエハWに成膜を行うチャンバ2と、このチャンバ2内のウエハWに原料ガスを供給するガス供給部3と、チャンバ2の上部に位置する原料放出部4と、チャンバ2内でウエハWを支持するサセプタ5と、このサセプタ5を保持して回転する回転部6と、ウエハWを加熱するヒータ7と、チャンバ2内のガスを排出するガス排出部8と、このガス排出部8からガスを排気する排気機構9と、ウエハWの温度を測定する放射温度計10と、各部を制御する制御部11とを備えている。   A vapor phase growth apparatus 1 in FIG. 1 includes a chamber 2 for forming a film on a wafer W, a gas supply unit 3 for supplying a source gas to the wafer W in the chamber 2, and a source discharge unit located above the chamber 2. 4, a susceptor 5 that supports the wafer W in the chamber 2, a rotating unit 6 that rotates while holding the susceptor 5, a heater 7 that heats the wafer W, and a gas discharge unit that discharges the gas in the chamber 2. 8, an exhaust mechanism 9 that exhausts gas from the gas exhaust unit 8, a radiation thermometer 10 that measures the temperature of the wafer W, and a control unit 11 that controls each unit.

チャンバ2は、成膜対象のウエハWを収納可能な形状(例えば、円筒形状)であり、チャンバ2の内部に、サセプタ5、ヒータ7、回転部6の一部などが収容されている。   The chamber 2 has a shape (for example, a cylindrical shape) that can accommodate the wafer W to be formed, and the susceptor 5, the heater 7, a part of the rotating unit 6, and the like are accommodated in the chamber 2.

ガス供給部3は、複数のガスを個別に貯留する複数のガス貯留部3aと、これらガス貯留部3aと原料放出部4とを接続する複数のガス管3bと、これらガス管3bを流れるガスの流量を調整する複数のガスバルブ3cとを有する。各ガスバルブ3cは、対応するガス管3bに接続されている。複数のガスバルブ3cは、制御部11により制御される。実際の配管は、複数のガス管を結合したり、1本のガス管を複数のガス管に分岐したり、ガス管の分岐や結合を組み合わせるなどの複数の構成を取りうる。   The gas supply unit 3 includes a plurality of gas storage units 3a that individually store a plurality of gases, a plurality of gas pipes 3b that connect the gas storage units 3a and the material discharge unit 4, and a gas that flows through the gas pipes 3b. And a plurality of gas valves 3c for adjusting the flow rate of the gas. Each gas valve 3c is connected to a corresponding gas pipe 3b. The plurality of gas valves 3 c are controlled by the control unit 11. The actual piping can take a plurality of configurations such as coupling a plurality of gas pipes, branching one gas pipe into a plurality of gas pipes, or combining the branching and coupling of gas pipes.

ガス供給部3から供給される原料ガスは、原料放出部4を通って、チャンバ2内に放出される。チャンバ2内に放出された原料ガス(プロセスガス)は、ウエハW上に供給され、これにより、ウエハW上に所望の膜が形成されることになる。なお、使用する原料ガスの種類は、特に限定されない。   The source gas supplied from the gas supply unit 3 is released into the chamber 2 through the source release unit 4. The source gas (process gas) released into the chamber 2 is supplied onto the wafer W, whereby a desired film is formed on the wafer W. In addition, the kind of source gas to be used is not specifically limited.

原料放出部4の底面側には、シャワープレート4aが設けられている。このシャワープレート4aは、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属材料を用いて構成することができる。複数のガス管3bからのガスは、原料放出部4内で混合されて、シャワープレート4aのガス噴出口4bを通ってチャンバ2内に供給される。なお、シャワープレート4aにガス流路を複数設け、複数種類のガスを分離したままチャンバ2内のウエハWに供給してもよい。   A shower plate 4 a is provided on the bottom surface side of the raw material discharge portion 4. The shower plate 4a can be configured using a metal material such as stainless steel or an aluminum alloy. Gases from the plurality of gas pipes 3b are mixed in the raw material discharge section 4 and supplied into the chamber 2 through the gas outlet 4b of the shower plate 4a. Note that a plurality of gas flow paths may be provided in the shower plate 4a, and a plurality of types of gases may be supplied to the wafer W in the chamber 2 while being separated.

原料放出部4の構造は、成膜された膜の均一性、原料効率、再現性、製作コストなどを勘案して選定されるべきであるが、これらの要求を満たすものであれば特に限定されるものではなく、公知の構造のものを適宜用いることもできる。   The structure of the raw material discharge portion 4 should be selected in consideration of the uniformity of the formed film, the raw material efficiency, the reproducibility, the manufacturing cost, etc., but is not particularly limited as long as these requirements are satisfied. The thing of a well-known structure can also be used suitably.

サセプタ5は、回転部6の上部に設けられており、サセプタ5の内周側に設けられた座ぐり5a内にウエハWを載置して支持する構造になっている。なお、図1の例では、サセプタ5は、その中央に開口部を有する環状形状であるが、開口部のない略平板形状でもよい。   The susceptor 5 is provided on the upper portion of the rotating unit 6 and has a structure in which the wafer W is placed and supported in a counterbore 5 a provided on the inner peripheral side of the susceptor 5. In the example of FIG. 1, the susceptor 5 has an annular shape having an opening at the center thereof, but may have a substantially flat plate shape without an opening.

ヒータ7は、サセプタ5および/またはウエハWを加熱する加熱部である。加熱対象を所望の温度および温度分布に加熱する能力、耐久性などの要求を満たすものであれば、特に限定されない。具体的には、抵抗加熱、ランプ加熱、誘導加熱などが挙げられる。   The heater 7 is a heating unit that heats the susceptor 5 and / or the wafer W. There is no particular limitation as long as it satisfies requirements such as the ability to heat the object to be heated to a desired temperature and temperature distribution, and durability. Specific examples include resistance heating, lamp heating, and induction heating.

排気機構9は、ガス排出部8を介してチャンバ2の内部から反応後の原料ガスを排気し、排気バルブ9bと真空ポンプ9cの作用により、チャンバ2内を所望の圧力に制御する。   The exhaust mechanism 9 exhausts the reacted raw material gas from the inside of the chamber 2 through the gas exhaust unit 8, and controls the inside of the chamber 2 to a desired pressure by the action of the exhaust valve 9b and the vacuum pump 9c.

放射温度計10は、原料放出部4の上面に設けられている。放射温度計10は、光源からの光をウエハWに照射し、ウエハWからの反射光を受光して、ウエハWの反射光強度を測定する。また、放射温度計10は、ウエハWの膜成長面Waからの熱輻射光を受光して、熱輻射光強度を測定する。放射温度計10は、その内部に計算部10gを有する。この計算部10gは、ウエハWの膜成長面Waの熱輻射光強度の位相と反射率の位相とが合うように熱輻射光強度の位相又は反射率の位相を補正し、補正により位相が合わせられた熱輻射光強度と反射率に基づき、膜成長面の温度を求める。計算部10gは、例えば、汎用のコンピュータにより構成可能である。   The radiation thermometer 10 is provided on the upper surface of the raw material discharge unit 4. The radiation thermometer 10 irradiates the wafer W with light from the light source, receives reflected light from the wafer W, and measures the reflected light intensity of the wafer W. The radiation thermometer 10 receives heat radiation from the film growth surface Wa of the wafer W, and measures the heat radiation intensity. The radiation thermometer 10 has a calculation unit 10g therein. The calculation unit 10g corrects the phase of the heat radiation light intensity or the phase of the reflectance so that the phase of the heat radiation light intensity of the film growth surface Wa of the wafer W matches the phase of the reflectance, and the phase is adjusted by the correction. The temperature of the film growth surface is obtained based on the obtained heat radiation light intensity and reflectance. The calculation unit 10g can be configured by a general-purpose computer, for example.

原料放出部4の上面には、光透過窓2aが設けられており、放射温度計10の光源からの光と、ウエハWからの反射光および熱輻射光は、この光透過窓2aを通過する。光透過窓2aは、スリット形状や矩形状、円形状などの任意の形状を取り得る。窓2aには、本実施形態の放射温度計10で計測する光の波長範囲で透明な部材を用いる。室温から1500℃程度の温度を測定する場合には、可視領域から近赤外領域の光の波長を計測するのが好ましく、その場合には窓2aの部材としては石英などが好適に用いられる。   A light transmission window 2a is provided on the upper surface of the raw material discharge portion 4, and light from the light source of the radiation thermometer 10, reflected light from the wafer W, and heat radiation light pass through the light transmission window 2a. . The light transmission window 2a can take an arbitrary shape such as a slit shape, a rectangular shape, or a circular shape. For the window 2a, a transparent member is used in the wavelength range of light measured by the radiation thermometer 10 of the present embodiment. When measuring a temperature from room temperature to about 1500 ° C., it is preferable to measure the wavelength of light from the visible region to the near-infrared region, in which case quartz or the like is suitably used as the member of the window 2a.

制御部11は、気相成長装置1内の各部を集中的に制御するコンピュータと、成膜処理に関する成膜処理情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部とを備えている。制御部11は、成膜処理情報や各種プログラムに基づいて、ガス供給部3や回転部6の回転機構、排気機構9などを制御し、ヒータ7によるウエハWの加熱などを制御する。   The control unit 11 includes a computer that intensively controls each unit in the vapor phase growth apparatus 1 and a storage unit that stores film formation process information and various programs related to the film formation process. The control unit 11 controls the rotation mechanism, the exhaust mechanism 9 and the like of the gas supply unit 3 and the rotation unit 6 based on the film forming process information and various programs, and controls the heating of the wafer W by the heater 7.

図2は放射温度計10の内部構成を示す図である。放射温度計10は、光源10aと、ハーフミラー10bと、焦点調整用レンズ10cと、波長選択フィルタ10dと、絞り10eと、受光部10fと、計算部10gとを有する。   FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of the radiation thermometer 10. The radiation thermometer 10 includes a light source 10a, a half mirror 10b, a focus adjustment lens 10c, a wavelength selection filter 10d, a diaphragm 10e, a light receiving unit 10f, and a calculation unit 10g.

光源10aは、ウエハWに照射するための照明光L1を発光する。ハーフミラー10bは、照明光L1を反射させてウエハWに向けるとともに、ウエハWからの光を透過させる。レンズ10cは、ハーフミラー10bを透過した照明光L1をウエハW上に結像させる。また、レンズ10cは、ウエハWからの反射光L1aと熱輻射光L2を受光部10fの受光面M1上に結像させる。波長選択フィルタ10dは、ハーフミラー10bを透過した光のうち、所定の波長範囲の反射光L1aと熱輻射光L2を透過させる。絞り10eは、ウエハW上の測定に必要な部分からの光のみを透過させる。受光部10fは、絞り10eを透過した反射光L1aと熱輻射光L2を受光する。計算部10gは、受光部10fで受光された反射光L1aの強度(反射光強度)と熱輻射光L2の強度(熱輻射光強度)とに基づいて、ウエハWの温度を求める。すなわち、計算部10gは、ウエハW上の膜成長面Waの熱輻射光強度と反射率の位相を合わせた状態で、膜成長面の温度を検出する。   The light source 10a emits illumination light L1 for irradiating the wafer W. The half mirror 10b reflects the illumination light L1 toward the wafer W and transmits the light from the wafer W. The lens 10c forms an image on the wafer W with the illumination light L1 transmitted through the half mirror 10b. The lens 10c forms an image of the reflected light L1a from the wafer W and the heat radiation light L2 on the light receiving surface M1 of the light receiving unit 10f. The wavelength selection filter 10d transmits the reflected light L1a and the heat radiation light L2 in a predetermined wavelength range out of the light transmitted through the half mirror 10b. The diaphragm 10e transmits only light from a portion necessary for measurement on the wafer W. The light receiving unit 10f receives the reflected light L1a and the heat radiation light L2 that have passed through the diaphragm 10e. The calculation unit 10g obtains the temperature of the wafer W based on the intensity of the reflected light L1a (reflected light intensity) received by the light receiving unit 10f and the intensity of the heat radiation light L2 (heat radiation light intensity). In other words, the calculation unit 10g detects the temperature of the film growth surface in a state where the thermal radiation light intensity and the reflectance of the film growth surface Wa on the wafer W are matched.

受光部10fは熱輻射光と光源10aからウエハWに照射された光の反射光を同時に検出する。光源10aの光を断続的にオンとオフを繰り返すことで、受光部10fは熱輻射光と反射光を併せて受光する場合と熱輻射光のみを受光する場合とを同様に繰り返す。この二つの場合の受光部からの信号の差から、反射光の強度を求めることができる。   The light receiving unit 10f simultaneously detects thermal radiation light and reflected light of the light irradiated on the wafer W from the light source 10a. By intermittently turning on and off the light of the light source 10a, the light receiving unit 10f repeats similarly the case of receiving both the heat radiation light and the reflected light and the case of receiving only the heat radiation light. The intensity of the reflected light can be obtained from the difference in signal from the light receiving unit in these two cases.

本実施形態による放射温度計10で測定に用いる波長範囲としては、800nmから1500nmを挙げることができる。この範囲の波長は、500℃から1500℃程度の温度の測定に好適であり、近年重要性が認識されている窒化ガリウム系半導体の成長温度がこの範囲にあるため、重要である。反射率を測定するための光源10aとしては発光ダイオードが好適に用いられる。これは、発光ダイオードが安定した光源であり、上記の波長域で利用可能なものが多く、耐久性が高いためである。波長選択フィルタ10dの波長範囲の幅としては50nm以下が挙げられる。波長選択フィルタ10dの波長範囲の幅が50nmより大きい場合、反射率を測定するための光源のスペクトルと熱輻射スペクトルの違いが大きくなり、好適に用いることができない。反射率を測定するための光源のスペクトルと熱輻射スペクトルの差を小さくするためには、波長選択フィルタ10dの波長範囲の幅が小さいほうが好ましい。その点で、より好ましい波長選択フィルタ10dの波長範囲としては20nm、さらに好ましくは10nm以下である。ただし、上記の波長範囲の幅が10nmよりも小さい場合、受光する光の量が少なくなるため、測定精度が低下するので好ましくない。   As a wavelength range used for the measurement with the radiation thermometer 10 according to the present embodiment, 800 nm to 1500 nm can be mentioned. Wavelengths in this range are suitable for measuring temperatures of about 500 ° C. to 1500 ° C., and are important because the growth temperature of gallium nitride based semiconductors that have recently been recognized as important are within this range. A light emitting diode is preferably used as the light source 10a for measuring the reflectance. This is because a light-emitting diode is a stable light source, and many light sources can be used in the above-described wavelength range, and thus have high durability. The width of the wavelength range of the wavelength selection filter 10d is 50 nm or less. When the width of the wavelength range of the wavelength selective filter 10d is larger than 50 nm, the difference between the spectrum of the light source for measuring the reflectance and the thermal radiation spectrum becomes large, and it cannot be suitably used. In order to reduce the difference between the spectrum of the light source for measuring the reflectance and the thermal radiation spectrum, it is preferable that the width of the wavelength range of the wavelength selection filter 10d is small. In that respect, the more preferable wavelength range of the wavelength selective filter 10d is 20 nm, and more preferably 10 nm or less. However, if the width of the above wavelength range is smaller than 10 nm, the amount of received light is reduced, which is not preferable because the measurement accuracy is lowered.

放射温度計10内の計算部10gは、図2に示すように、位相検出部10hと、反射率検出部10iと、フィッティング部10jと、温度計算部10kとを有する。位相検出部10hは、放射温度計10で測定された熱輻射光強度の時間変化から現在の位相を検出する。反射率検出部10iは、放射温度計10で測定された反射光強度に基づいて、ウエハWの膜成長面Waの反射率の最大値および最小値を検出する。フィッティング10jは、位相検出部10hにて検出された位相に基づいて、モデル化された反射率関数の位相を調整するとともに、反射率検出部10iにて検出された反射率の最大値および最小値に基づいて、反射率関数のフィッティングパラメータを調整する。温度計算部10kは、フィッティング部10jで調整された反射率関数と熱輻射光強度とに基づいて、温度を計算する。これらは、ソフトウェアによって構成されてもよい。   As shown in FIG. 2, the calculation unit 10g in the radiation thermometer 10 includes a phase detection unit 10h, a reflectance detection unit 10i, a fitting unit 10j, and a temperature calculation unit 10k. The phase detection unit 10 h detects the current phase from the temporal change of the heat radiation light intensity measured by the radiation thermometer 10. The reflectance detector 10 i detects the maximum value and the minimum value of the reflectance of the film growth surface Wa of the wafer W based on the reflected light intensity measured by the radiation thermometer 10. The fitting 10j adjusts the phase of the modeled reflectance function based on the phase detected by the phase detector 10h, and the maximum and minimum values of the reflectance detected by the reflectance detector 10i. Based on the above, the fitting parameter of the reflectance function is adjusted. The temperature calculation unit 10k calculates the temperature based on the reflectance function adjusted by the fitting unit 10j and the heat radiation light intensity. These may be configured by software.

図3は放射温度計10内の計算部10gの処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、モデル化された反射率関数を準備する(ステップS1)。反射率関数は、一番簡単にはサイン関数で近似できる。より精度の高い近似として、例えば下記の(6)式にて反射率関数を表すことができる。   FIG. 3 is a flowchart showing an example of a processing procedure of the calculation unit 10 g in the radiation thermometer 10. First, a modeled reflectance function is prepared (step S1). The reflectance function can be approximated most simply by a sine function. As a more accurate approximation, for example, the reflectance function can be expressed by the following equation (6).

A・(sin(φ)+1)・(1−α(sin(φ)+1))+B …(6)   A · (sin (φ) +1) · (1-α (sin (φ) +1)) + B (6)

ここで例示した反射率の関数は、薄膜が、放射温度計10が測定に用いる波長の光を吸収しない場合である。薄膜が測定に用いる波長の光を吸収する場合には、(6)式の振幅が膜厚の増大に対して指数関数的に減少する項を乗じて表せばよい。以下、薄膜が測定に用いる波長の光を吸収しない場合についてのみ説明するが、そうでない場合も上記のように(6)式を反射率の振幅が減衰するように表せば、本実施形態に同様に適用可能である。   The function of the reflectance exemplified here is a case where the thin film does not absorb light of the wavelength used by the radiation thermometer 10 for measurement. When the thin film absorbs light having a wavelength used for measurement, it can be expressed by multiplying the term of the equation (6) by an exponential function with respect to the increase of the film thickness. Hereinafter, only the case where the thin film does not absorb the light of the wavelength used for the measurement will be described. However, in the case where this is not the case, if the equation (6) is expressed as described above so that the amplitude of the reflectance is attenuated, the same as in this embodiment It is applicable to.

(6)式における定数αは、予め設定される値(例えば0.2)である。φは反射率が膜厚に対して周期的に変化することに対応する位相である。φは形成する薄膜の膜厚に比例する。さらに、薄膜の形成速度が時間によらず一定であれば、φは薄膜の形成時間に比例する。AとBは、測定された反射率の最大値および最小値から計算することができるパラメータである。つまり、反射率の最小値と最大値からAとBの2つのパラメータが計算され、現在の位相(φ)がわかれば(6)式により、現在の反射率が計算できる。(6)式のAとBは、後述するステップS5でフィッティングされるフィッティングパラメータである。一例としては、現に反射率および熱輻射光強度の測定が行われている時点から直近の一組の反射率の最大値と最小値を用いてAとBをフィッティングすればよい。   The constant α in the equation (6) is a preset value (for example, 0.2). φ is a phase corresponding to the periodic change of the reflectance with respect to the film thickness. φ is proportional to the thickness of the thin film to be formed. Further, if the thin film formation rate is constant regardless of time, φ is proportional to the thin film formation time. A and B are parameters that can be calculated from the maximum and minimum values of the measured reflectance. That is, two parameters A and B are calculated from the minimum value and the maximum value of the reflectivity, and if the current phase (φ) is known, the current reflectivity can be calculated by equation (6). In Equation (6), A and B are fitting parameters that are fitted in step S5 described later. As an example, A and B may be fitted using the maximum and minimum values of the most recent set of reflectivity from the time when the reflectivity and thermal radiation intensity are actually measured.

なお、ステップS1で準備する反射率関数の具体的な式は、(6)式に限定されるものではない。上述したように、単純なサイン関数でもよいし、(6)式よりも複雑な式でもよい。   In addition, the specific formula of the reflectance function prepared in step S1 is not limited to the formula (6). As described above, it may be a simple sine function or a more complicated expression than the expression (6).

次に、位相検出部10hは、放射温度計10にて測定された熱輻射光強度の時間変化から、熱輻射光強度の現在の位相を求める(ステップS2)。このステップS2の簡易な手法は、熱輻射光強度の直近の2つの最大値(あるいは最小値)の時間とその間隔から、現在の位相を求めることである。例えば、熱輻射光強度の測定値が図4のようなグラフで表される場合、このグラフの最大値の時間T1,T2を検出すると、現在時刻T3の位相は、下記の(7)式で表すことができる。   Next, the phase detection unit 10h obtains the current phase of the heat radiation light intensity from the temporal change of the heat radiation light intensity measured by the radiation thermometer 10 (step S2). A simple method of this step S2 is to obtain the current phase from the time of the two latest maximum values (or minimum values) of the heat radiation light intensity and the interval therebetween. For example, when the measured value of the heat radiation light intensity is represented by a graph as shown in FIG. 4, when the times T1 and T2 of the maximum value of this graph are detected, the phase of the current time T3 is expressed by the following equation (7). Can be represented.

(T3−T2)/(T2−T1)×2π …(7)   (T3-T2) / (T2-T1) × 2π (7)

(7)式を用いて現在の位相を求める場合、熱輻射光強度の新たな最大値が求まるまでは、同一のT1とT2を使って位相が計算される。その間に形成する薄膜の成膜速度が変化した場合、正確な位相を求めることができない。そこで、熱輻射光強度の現在の時刻および振幅値に合わせて、リアルタイムにステップS1で準備した反射率関数との位相調整を行ってもよい。また直近の、反射率の一つの最大値と一つの最小値を使えば、上述の方法の半分にあたる時間差が求められ、(7)式を適宜変更することで、上述の方法と同様に現在の熱輻射光強度の位相を求めることができる。   When the current phase is obtained using equation (7), the phase is calculated using the same T1 and T2 until a new maximum value of the heat radiation light intensity is obtained. If the deposition rate of the thin film formed during that time changes, an accurate phase cannot be obtained. Therefore, phase adjustment with the reflectance function prepared in step S1 may be performed in real time in accordance with the current time and amplitude value of the heat radiation light intensity. In addition, if one maximum value and one minimum value of reflectance are used in the most recent time, a time difference corresponding to half of the above method can be obtained. The phase of the heat radiation intensity can be obtained.

次に、放射温度計10で測定された反射光強度から反射率を求める(ステップS3)。ここでは、事前に、反射率Rrefが既知の物質の反射光強度Irefを測定しておく。例えば、シリコンウエハWの場合、反射率は約30%である。放射温度計10で測定された反射光強度Imesを用いると、反射率Rmesは、以下の(8)式で求めることができる。   Next, the reflectance is obtained from the reflected light intensity measured by the radiation thermometer 10 (step S3). Here, the reflected light intensity Iref of a substance having a known reflectance Rref is measured in advance. For example, in the case of the silicon wafer W, the reflectance is about 30%. When the reflected light intensity Imes measured by the radiation thermometer 10 is used, the reflectance Rmes can be obtained by the following equation (8).

Rmes=Imes/Iref・Rref …(8)   Rmes = Imes / Iref · Rref (8)

次に、反射率検出部10iは、ステップS3で求めた反射率を用いて、反射率の直近の最大値と最小値を求める(ステップS4)。ここでは、例えば、ステップS3で求めた反射率を用いて、横軸を時間、縦軸を反射率とする反射率曲線を生成し、この曲線を用いて反射率の直近の最大値と最小値を検出すればよい。   Next, the reflectance detection unit 10i obtains the nearest maximum value and minimum value of the reflectance using the reflectance obtained in step S3 (step S4). Here, for example, a reflectance curve having the horizontal axis as time and the vertical axis as reflectance is generated using the reflectance obtained in step S3, and the nearest maximum value and minimum value of the reflectance are generated using this curve. May be detected.

次に、フィッティング部10jは、ステップS2で求めた熱輻射光強度の位相と、ステップS4で求めた反射率の最大値および最小値とを用いて、ステップS1で準備したモデル化した反射率関数により、測定された熱輻射光強度の現在の位相に合わせた反射率を計算する(ステップS5)。   Next, the fitting unit 10j uses the phase of the thermal radiation light obtained in step S2 and the maximum and minimum values of the reflectance obtained in step S4 to model the reflectance function prepared in step S1. Thus, the reflectance according to the current phase of the measured heat radiation light intensity is calculated (step S5).

このように、ステップS5では、モデル化した反射率関数が例えば(6)式で表される場合には、ステップS4で求めた反射率の直近の最大値と最小値に基づいて、(6)式中のパラメータAとBを決定(すなわち、AとBをフィッティング)し、かつ、ステップS2で求めた熱輻射光強度の位相(6)φを用いて反射率を補正する。これにより、反射率は、熱輻射光強度の位相が揃うように補正される。   Thus, in step S5, when the modeled reflectance function is expressed by, for example, equation (6), based on the latest maximum value and minimum value of the reflectance obtained in step S4, (6) The parameters A and B in the equation are determined (that is, A and B are fitted), and the reflectance is corrected using the phase (6) φ of the heat radiation light intensity obtained in step S2. Thereby, the reflectance is corrected so that the phases of the heat radiation light intensity are aligned.

次に、温度計算部10kは、位相の揃った熱輻射光強度と反射率とを用いて、ウエハWの膜成長面の温度を求める(ステップS6)。   Next, the temperature calculation unit 10k obtains the temperature of the film growth surface of the wafer W using the heat radiation light intensity and the reflectance with the same phase (step S6).

このステップS6では、例えば以下の手順で温度を求めることができる。プランクの放射則は、以下の(9)式で表される。なお、温度の単位は絶対温度である。   In step S6, for example, the temperature can be obtained by the following procedure. Planck's radiation law is expressed by the following equation (9). The unit of temperature is absolute temperature.

Figure 2017017251
Figure 2017017251

(9)式において、Lは熱輻射光強度、c1はプランクの第1定数、c2はプランクの第2定数、Tは温度、λは測定波長、εは放射率である。(9)式の右辺の分母の「−1」は、通常の温度領域では無視される。   In Equation (9), L is the thermal radiation intensity, c1 is the Planck first constant, c2 is the Planck second constant, T is the temperature, λ is the measurement wavelength, and ε is the emissivity. The denominator “−1” on the right side of equation (9) is ignored in the normal temperature range.

したがって、(9)式の温度Tは、以下の(10)式で表すことができる。   Therefore, the temperature T in the equation (9) can be expressed by the following equation (10).

Figure 2017017251
Figure 2017017251

実際には、放射率ε=1の黒体のある温度T0の熱輻射光強度L0を測定し、測定対象が黒体と仮定した温度Tuncは、測定対象の熱輻射温度L0を使って、以下の(11)式で計算することができる。   Actually, the thermal radiant intensity L0 at a temperature T0 with a black body having an emissivity ε = 1 is measured, and the temperature Tunc assumed that the measurement object is a black body is the following using the thermal radiation temperature L0 of the measurement object: (11).

Figure 2017017251
Figure 2017017251

また、測定された反射率から求めた放射率εを用いて補正した温度Tcorは、以下の(12)式で計算することができる。   Further, the temperature Tcor corrected using the emissivity ε obtained from the measured reflectance can be calculated by the following equation (12).

Figure 2017017251
Figure 2017017251

図5は熱輻射光強度と反射率を表す曲線の一例である。図5の横軸は時間、縦軸は熱輻射光強度または反射率である。図5の曲線w1は熱輻射光強度の実測曲線、曲線w2は反射率の実測曲線、曲線w3は熱輻射光強度の位相に位相をそろえた反射率関数の曲線である。   FIG. 5 is an example of a curve representing the heat radiation light intensity and the reflectance. In FIG. 5, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents thermal radiation intensity or reflectance. A curve w1 in FIG. 5 is an actual measurement curve of thermal radiation light intensity, a curve w2 is an actual measurement curve of reflectance, and a curve w3 is a curve of a reflectance function in which the phase is aligned with the phase of thermal radiation light intensity.

図5の曲線w1とw2に示すように、放射温度計10で測定された熱輻射光強度と反射率の位相がずれていた場合に、図3の処理を行い、反射率関数の位相の補正を行うことで曲線w3と熱輻射光強度の曲線w1との位相を揃えることができる。反射率と熱輻射光強度の位相が合えば、上述した(11)式と(12)式にて、ウエハWの膜成長面の温度を精度よく求めることができる。   As shown by the curves w1 and w2 in FIG. 5, when the phase of the thermal radiation light intensity measured by the radiation thermometer 10 and the reflectance are shifted, the process of FIG. 3 is performed to correct the phase of the reflectance function. The phase of the curve w3 and the curve w1 of the heat radiation light intensity can be made uniform. If the phase of the reflectance and the heat radiation light intensity match, the temperature of the film growth surface of the wafer W can be obtained with high accuracy using the above-described equations (11) and (12).

図6は、図3の処理を行った場合と行わなかった場合とで、放射温度計10で測定される温度の時間変化を示す曲線である。図6の横軸は時間(秒)、縦軸は温度(℃)である。図6の曲線w4は図3の処理を行った場合の温度、曲線w5は図3の処理を行わなかった場合の温度を示している。   FIG. 6 is a curve showing temporal changes in temperature measured by the radiation thermometer 10 when the process of FIG. 3 is performed and when it is not performed. The horizontal axis in FIG. 6 is time (seconds), and the vertical axis is temperature (° C.). A curve w4 in FIG. 6 indicates a temperature when the process of FIG. 3 is performed, and a curve w5 indicates a temperature when the process of FIG. 3 is not performed.

図6の曲線w4とw5を比較すればわかるように、図3の処理を行うことで、温度の変動を抑制することができ、温度誤差を約3℃以内に抑えることができる。これは、熱輻射光強度と反射率との位相が揃っているためと考えられ、位相がずれている場合は、曲線w5に示すように、温度誤差が約5℃になる。   As can be seen by comparing the curves w4 and w5 in FIG. 6, by performing the process in FIG. 3, temperature fluctuations can be suppressed, and temperature errors can be suppressed within about 3 ° C. This is considered to be because the phases of the thermal radiation light intensity and the reflectance are aligned. When the phases are shifted, the temperature error is about 5 ° C. as shown by the curve w5.

このように、本実施形態では、実際に測定した反射率の直近の最大値と最小値に基づいて、反射率関数のフィッティングパラメータを調整し、さらに放射温度計10で測定された熱輻射光強度の位相に合うように、反射率関数の位相を補正する。このようにして、熱輻射光強度と反射率の位相が揃った状態で、ウエハWの膜成長面の温度を測定することができる。よって、温度の測定精度を向上させることができる。本実施形態による気相成長装置1では、温度の測定結果に基づいて、ヒータ7の温度調節を行えるため、温度の測定精度が向上すれば、ウエハW上に膜を形成する際の温度を厳密に設定可能となる。よって、ウエハW上に成膜される膜の品質を向上できる。   As described above, in the present embodiment, the fitting parameter of the reflectance function is adjusted based on the latest maximum and minimum values of the reflectance actually measured, and the thermal radiation intensity measured by the radiation thermometer 10 is further adjusted. The phase of the reflectance function is corrected so as to match the phase. In this manner, the temperature of the film growth surface of the wafer W can be measured in a state where the phases of the heat radiation light intensity and the reflectance are aligned. Therefore, the temperature measurement accuracy can be improved. In the vapor phase growth apparatus 1 according to the present embodiment, the temperature of the heater 7 can be adjusted based on the temperature measurement result. Therefore, if the temperature measurement accuracy is improved, the temperature at which the film is formed on the wafer W is strictly controlled. Can be set. Therefore, the quality of the film formed on the wafer W can be improved.

上述した実施形態では、熱輻射光強度の位相に合うように反射率関数の位相を補正する例を説明したが、逆に、熱輻射光強度をモデル化した関数を設けて、反射率の位相に合うように熱輻射光強度のモデル関数の位相を補正してもよい。この場合、放射温度計10内の計算部は、ウエハWの膜成長面Waの反射率の位相に熱輻射光強度の位相を合わせた状態で、膜成長面Waの温度を検出することになる。さらに、反射率と熱輻射光強度の両方にモデル化した関数を適用して双方の位相が合うように双方の位相を補正してもよい。   In the above-described embodiment, the example of correcting the phase of the reflectance function so as to match the phase of the thermal radiation light intensity has been described. Conversely, a function modeling the thermal radiation light intensity is provided, and the phase of the reflectance is provided. The phase of the model function of the heat radiation light intensity may be corrected so as to meet. In this case, the calculation unit in the radiation thermometer 10 detects the temperature of the film growth surface Wa in a state where the phase of the thermal radiation light intensity is matched with the phase of the reflectance of the film growth surface Wa of the wafer W. . Further, both phases may be corrected so that both phases are matched by applying a modeled function to both the reflectance and the heat radiation light intensity.

図1に示した反応炉の例は1枚の基板を処理する枚葉式のものであるが、サセプタ上に多数の基板を載置して成膜を行う多数枚炉についても同様に本実施形態を適用可能である。また本実施形態は原料ガスを加熱した基板に供給する方法について説明したが、そのほか、蒸着法、分子線エピタクシー法、スパッタリング法などについても適用可能である。   The example of the reactor shown in FIG. 1 is a single-wafer type that processes a single substrate, but the present invention is similarly applied to a multi-sheet furnace in which a large number of substrates are placed on a susceptor to form a film. The form is applicable. Moreover, although this embodiment demonstrated the method of supplying source gas to the heated board | substrate, it can apply also to a vapor deposition method, a molecular beam epitaxy method, sputtering method, etc. in addition to this.

これまでの実施形態では、基板としてシリコンウエハWを用いる例を説明したが、シリコンは可視および近赤外波長領域で光を吸収する。このため、本実施形態で可視域〜近赤外領域の光を測定に用いる場合、反射率から放射率を求めることができる。一方、サファイアなど可視〜赤外の波長範囲で透明な基板も薄膜成膜の基板としてよく用いられている。この場合、厳密には、反射率からだけでは放射率を決定することができず、本実施形態を用いることはできない。しかしその場合でも、透明基板がグラファイトなどの目的の波長領域で不透明であるサセプタ5上に載置され、放射温度計10が透明基板を通してサセプタ5からの熱輻射光を測定する場合、サセプタ5を測温対象として扱うことで本実施形態を適用することができる。その場合、透明基板のサセプタ5側の表面とサセプタ5の表面の間の多重反射について留意する必要がある。   In the embodiments described so far, the example in which the silicon wafer W is used as the substrate has been described. However, silicon absorbs light in the visible and near infrared wavelength regions. For this reason, when light in the visible region to the near infrared region is used for measurement in this embodiment, the emissivity can be obtained from the reflectance. On the other hand, substrates that are transparent in the visible to infrared wavelength range, such as sapphire, are often used as substrates for thin film deposition. In this case, strictly speaking, the emissivity cannot be determined only from the reflectance, and this embodiment cannot be used. However, even in that case, when the transparent substrate is placed on the susceptor 5 that is opaque in the target wavelength region such as graphite, and the radiation thermometer 10 measures the heat radiation from the susceptor 5 through the transparent substrate, the susceptor 5 is The present embodiment can be applied by treating it as a temperature measurement target. In that case, it is necessary to pay attention to the multiple reflection between the surface of the transparent substrate on the susceptor 5 side and the surface of the susceptor 5.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 気相成長装置、2 チャンバ、3 ガス供給部、3aガス貯留部、3b ガス管、3c ガスバルブ、4 原料供給部、4a シャワープレート、5 サセプタ、6 回転部、7 ヒータ、8 ガス排出部、9 真空ポンプ、10 放射温度計、10a 光源、10b ハーフミラー、10c 焦点調整用レンズ、10d 波長選択フィルタ、10e 絞り、10f 受光部、10g 計算部、   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vapor growth apparatus, 2 chamber, 3 gas supply part, 3a gas storage part, 3b gas pipe, 3c gas valve, 4 raw material supply part, 4a shower plate, 5 susceptor, 6 rotation part, 7 heater, 8 gas discharge part, 9 vacuum pump, 10 radiation thermometer, 10a light source, 10b half mirror, 10c focus adjusting lens, 10d wavelength selection filter, 10e aperture, 10f light receiving unit, 10g calculation unit,

Claims (6)

基板に対して気相成長反応を生じさせる反応室と、
前記反応室にガスを供給するガス供給部と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記基板の膜成長面の上方に配置されて、前記膜成長面の温度を測定する放射温度計と、を備え、
前記放射温度計は、前記基板の膜成長面の熱輻射光強度の位相と反射率の位相とが合うように前記熱輻射光強度の位相と前記反射率の位相との少なくともいずれかを補正し、前記補正により位相が合わせられた前記熱輻射光強度と前記反射率に基づき、前記膜成長面の温度を求める計算部を有する気相成長装置。
A reaction chamber for causing a vapor phase growth reaction on the substrate;
A gas supply unit for supplying gas to the reaction chamber;
Heating means for heating the substrate;
A radiation thermometer disposed above the film growth surface of the substrate and measuring the temperature of the film growth surface;
The radiation thermometer corrects at least one of the phase of the thermal radiation intensity and the phase of the reflectance so that the phase of the thermal radiation intensity of the film growth surface of the substrate matches the phase of the reflectance. A vapor phase growth apparatus comprising: a calculation unit that obtains the temperature of the film growth surface based on the thermal radiation light intensity and the reflectance that are phase-matched by the correction.
前記計算部は、前記熱輻射光強度の位相に合わせて前記反射率の位相を合わせて補正する、または前記反射率の位相に合わせて前記熱輻射光強度の位相を合わせて補正する請求項1に記載の気相成長装置。   2. The calculation unit corrects the reflectance phase according to the phase of the thermal radiation light intensity, or corrects the thermal radiation light intensity phase according to the reflectance phase. The vapor phase growth apparatus described in 1. 前記計算部は、
前記放射温度計で測定された前記熱輻射光強度の時間変化から現在の位相を検出する位相検出部と、
前記放射温度計で測定された前記反射光強度に基づいて、前記基板の膜成長面の反射率の直近の最大値および最小値の少なくとも一方を検出する反射率検出部と、
前記位相検出部にて検出された位相に基づいて、モデル化された反射率関数の位相を調整するとともに、前記反射率検出部にて検出された前記直近の最大値および最小値の少なくとも一方に基づいて、前記反射率関数のフィッティングパラメータを調整するフィッティング部と、
前記フィッティング部で調整された前記反射率関数と前記熱輻射光強度とに基づいて、前記温度を計算する温度計算部と、を有する請求項1又は請求項2に記載の気相成長装置。
The calculator is
A phase detection unit for detecting a current phase from a temporal change in the thermal radiation light intensity measured by the radiation thermometer;
Based on the reflected light intensity measured by the radiation thermometer, a reflectance detector that detects at least one of the nearest maximum value and minimum value of the reflectance of the film growth surface of the substrate;
The phase of the modeled reflectance function is adjusted based on the phase detected by the phase detector, and at least one of the latest maximum value and minimum value detected by the reflectance detector. And a fitting unit for adjusting the fitting parameter of the reflectance function,
3. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, further comprising: a temperature calculation unit configured to calculate the temperature based on the reflectance function adjusted by the fitting unit and the heat radiation light intensity.
前記反射率関数は、
A・(sin(φ)+1)・(1−α(sin(φ)+1))+B
で表される式であり、
フィッティングパラメータAおよびBは、前記反射率検出部にて検出された前記直近の最大値および最小値に基づいて調整され、
位相φは、前記位相検出部にて検出された現在の位相に基づいて調整される請求項3に記載の気相成長装置。
The reflectance function is
A ・ (sin (φ) +1) ・ (1−α (sin (φ) +1)) + B
Is an expression represented by
Fitting parameters A and B are adjusted based on the latest maximum value and minimum value detected by the reflectance detection unit,
The vapor phase growth apparatus according to claim 3, wherein the phase φ is adjusted based on a current phase detected by the phase detection unit.
加熱手段により基板を加熱しながら前記基板に原料ガスを供給して、前記基板上に単一、または複数の膜を順次成長させる際に前記基板の温度を検出する温度検出方法であって、
前記基板の膜成長面の上方に放射温度計を配置して、前記基板からの熱輻射光強度および反射光強度を測定し、
前記熱輻射光強度の位相および前記反射率の位相とが合うように前記熱輻射光強度の位相と前記反射率の位相の少なくともいずれかを補正し、
前記補正により位相が合わせられた前記熱輻射光強度と前記反射率に基づき、前記膜成長面の温度を求める温度検出方法。
A temperature detection method for detecting a temperature of the substrate when supplying a source gas to the substrate while heating the substrate by a heating means and sequentially growing a single film or a plurality of films on the substrate,
A radiation thermometer is disposed above the film growth surface of the substrate, and the heat radiation intensity and reflected light intensity from the substrate are measured,
Correcting at least one of the phase of the thermal radiation light intensity and the phase of the reflectance so that the phase of the thermal radiation light intensity and the phase of the reflectance are matched,
A temperature detection method for obtaining a temperature of the film growth surface based on the thermal radiation light intensity and the reflectivity whose phases are matched by the correction.
前記放射温度計で測定された前記熱輻射光強度の位相を検出し、
前記放射温度計で測定された反射率の直近の最大値および最小値を検出し、
検出された前記熱輻射光強度の位相にモデル化された反射率関数の位相を合せ、検出された前記反射率の直近の最大値および最小値に、前記反射率関数のフィッティングパラメータを調整することにより前記反射率を補正し、
補正された前記反射率と前記熱輻射光強度とに基づいて、前記温度を計算する請求項5に記載の温度検出方法。
Detecting the phase of the thermal radiation intensity measured by the radiation thermometer;
Detecting the latest maximum and minimum values of reflectance measured by the radiation thermometer;
Aligning the phase of the modeled reflectance function with the detected phase of the heat radiation light intensity, and adjusting the fitting parameter of the reflectance function to the nearest maximum and minimum values of the detected reflectance To correct the reflectance,
The temperature detection method according to claim 5, wherein the temperature is calculated based on the corrected reflectance and the heat radiation light intensity.
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