JP2018166204A - Film forming apparatus and film forming method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film forming apparatus capable of accurately controlling temperature of a substrate and therefore allows for improvement in productivity.SOLUTION: The film forming apparatus comprises: a film forming chamber 2 accommodating a substrate W and performing film forming process per substrate; a gas supply unit 3 supplying a gas onto the substrate; a heater 7 heating the substrate; a window 2a provided in the film forming chamber; a radiation thermometer 10 measuring temperature of the substrate through the window; a parameter acquiring unit 12 acquiring a parameter correlated with the temperature of the substrate; a correcting unit correcting temperature of the substrate based on a change from an initial value of the parameter; and a controlling unit 11 controlling the heater based on temperature of the substrate or the temperature of the substrate thus corrected.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明による実施形態は、成膜装置および成膜方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a film forming apparatus and a film forming method.

MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置等の成膜装置は、薄膜を均一で広い面積の基板上に成膜するために産業上重要である。このような薄膜の成膜装置では薄膜の膜質が成膜中の基板の温度に大きな影響を受けるため、成膜中の基板の温度を測定し制御する必要がある。基板の温度の測定については種々の測定方法の中で、放射温度計を用いる方法が広く用いられている。放射温度計は、熱せられた測定対象物からの熱輻射光強度を測定し、測定された熱輻射光強度から測定対象物の温度を求める方法である。放射温度計による温度測定の特長は、測定対象物と非接触で温度測定が可能であること、測定に要する時間が非常に短いこと、などが挙げられ、そのために成膜中に大気とは大きく異なる雰囲気や条件で成膜することが通常であるMOCVD装置等の薄膜形成装置に好適に用いられている。   A film forming apparatus such as a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus is industrially important for forming a thin film on a substrate having a uniform and large area. In such a thin film forming apparatus, since the film quality of the thin film is greatly influenced by the temperature of the substrate during film formation, it is necessary to measure and control the temperature of the substrate during film formation. Regarding the measurement of the temperature of the substrate, a method using a radiation thermometer is widely used among various measurement methods. The radiation thermometer is a method for measuring the intensity of heat radiation from a heated measurement object and obtaining the temperature of the measurement object from the measured heat radiation intensity. The features of temperature measurement with a radiation thermometer are that temperature measurement is possible without contact with the object to be measured, and that the time required for measurement is very short. It is suitably used in a thin film forming apparatus such as an MOCVD apparatus, which normally forms films in different atmospheres and conditions.

一方、放射温度計で測定対象物の温度を正確に測定するためには、測定対象物からの熱輻射光強度を正確に測定する必要がある。一般に、成膜装置で測定対象物からの熱輻射光強度を測定するためには、成膜装置の壁面に光透過窓を設け、この窓を介して熱輻射光強度の測定を行う。光透過窓の部材には、石英などの光学的に透明な部材を用いるのが一般的である。   On the other hand, in order to accurately measure the temperature of the measurement object with the radiation thermometer, it is necessary to accurately measure the intensity of heat radiation from the measurement object. Generally, in order to measure the heat radiation light intensity from the measurement object with the film forming apparatus, a light transmission window is provided on the wall surface of the film forming apparatus, and the heat radiation light intensity is measured through this window. In general, an optically transparent member such as quartz is used as a member of the light transmission window.

一方、薄膜の成膜動作を繰り返し実行すると、温度測定用の窓部材の内面に堆積物が次第に付着する。この堆積物の付着は、窓部材のくもりの原因となる。窓部材がくもると、薄膜が形成される基板からの熱輻射光強度が低下するので、放射温度計は、窓部材を介して正確な基板温度を測定することができなくなる。   On the other hand, when the thin film forming operation is repeatedly executed, deposits gradually adhere to the inner surface of the temperature measuring window member. The adhesion of the deposit causes clouding of the window member. When the window member is clouded, the intensity of heat radiation from the substrate on which the thin film is formed decreases, so that the radiation thermometer cannot accurately measure the substrate temperature via the window member.

放射温度計による測定温度の誤差が大きくなると、成膜装置は、所望の膜厚または膜質の薄膜を成膜することができなくなる。従って、窓部材がくもる度に、装置内を大気雰囲気とは隔離しておく必要がある成膜装置を開放して、窓部材のメンテナンスを行う必要があった。このようなメンテナンスは、成膜工程のスループットを悪化させ、生産性の低下につながっていた。   When the error in the temperature measured by the radiation thermometer becomes large, the film forming apparatus cannot form a thin film having a desired film thickness or film quality. Therefore, every time the window member is clouded, it is necessary to open the film forming apparatus that needs to isolate the inside of the apparatus from the atmospheric atmosphere and perform maintenance on the window member. Such maintenance deteriorates the throughput of the film forming process and leads to a decrease in productivity.

特開2016−066657号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-066657

基板の温度を正確に制御することができ、生産性を向上させることができる成膜装置を提供する。   A film forming apparatus capable of accurately controlling the temperature of a substrate and improving productivity.

本実施形態による成膜装置は、基板を収容し該基板ごとに成膜処理を行う成膜室と、基板上にガスを供給するガス供給部と、基板を加熱するヒータと、成膜室に設けられた窓と、窓を介して基板の温度を測定する放射温度計と、基板の温度と相関のあるパラメータを取得するパラメータ取得部と、パラメータの初期値からの変動に基づいて基板の温度を補正する補正部と、基板の温度、または補正された基板の温度に基づいてヒータを制御する制御部と、を備える。   The film forming apparatus according to the present embodiment includes a film forming chamber that accommodates a substrate and performs film forming processing for each substrate, a gas supply unit that supplies a gas onto the substrate, a heater that heats the substrate, and a film forming chamber. A provided window, a radiation thermometer that measures the temperature of the substrate through the window, a parameter acquisition unit that acquires a parameter correlated with the temperature of the substrate, and the temperature of the substrate based on a variation from the initial value of the parameter And a control unit that controls the heater based on the substrate temperature or the corrected substrate temperature.

補正部は、放射率が温度または成膜された薄膜による光学的な干渉効果により変動することを考慮して、基板の温度を補正してもよい。   The correction unit may correct the temperature of the substrate taking into account that the emissivity fluctuates due to the temperature or the optical interference effect caused by the formed thin film.

補正部は、第1成膜処理前にパラメータとして取得された第1反射光強度と、第1成膜処理以降の第2成膜処理前にパラメータとして取得された第2反射光強度と、に基づいて基板の温度を補正してもよい。   The correction unit includes: a first reflected light intensity acquired as a parameter before the first film forming process; and a second reflected light intensity acquired as a parameter before the second film forming process after the first film forming process. Based on this, the temperature of the substrate may be corrected.

成膜装置は、成膜室の環境温度を測定する環境温度計をさらに備え、補正部は、実質的に環境温度を同じにして測定される第1反射光強度と、第2反射光強度と、に基づいて基板の温度を補正してもよい。   The film forming apparatus further includes an environmental thermometer that measures the environmental temperature of the film forming chamber, and the correction unit includes a first reflected light intensity and a second reflected light intensity measured at substantially the same environmental temperature. , The temperature of the substrate may be corrected.

補正部は、第1反射光強度と第2反射光強度との比に基づいて基板の温度を補正する。
補正部は、第1反射光強度と第2反射光強度との比に基づいて放射率を補正して補正放射率を算出し、熱輻射光強度と補正放射率とを用いて基板の温度を算出してもよい。
The correction unit corrects the temperature of the substrate based on the ratio between the first reflected light intensity and the second reflected light intensity.
The correction unit calculates the corrected emissivity by correcting the emissivity based on the ratio between the first reflected light intensity and the second reflected light intensity, and the temperature of the substrate is calculated using the thermal radiation intensity and the corrected emissivity. It may be calculated.

補正部は、パラメータとして取得された基板上に形成された所定の膜の成長速度に基づいて基板の温度を補正してもよい。   The correction unit may correct the temperature of the substrate based on the growth rate of a predetermined film formed on the substrate acquired as a parameter.

補正部は、パラメータとして取得された基板に形成された所定の膜の屈折率に基づいて基板の温度を補正してもよい。   The correction unit may correct the temperature of the substrate based on the refractive index of a predetermined film formed on the substrate acquired as a parameter.

本実施形態による成膜方法は、成膜室内に収容された基板をヒータにより所定の温度に加熱しながら、基板上にガスを供給する成膜方法であって、成膜室に設けられた窓を介して基板の温度を測定し、基板の温度と相関のあるパラメータを取得し、パラメータの初期値からの変動に基づいて基板の温度を補正し、補正された基板の温度が所定の温度となるようにヒータを制御する。   The film forming method according to the present embodiment is a film forming method for supplying a gas onto a substrate while heating the substrate housed in the film forming chamber to a predetermined temperature with a heater, and includes a window provided in the film forming chamber. The temperature of the substrate is measured via a parameter, a parameter correlated with the temperature of the substrate is obtained, the temperature of the substrate is corrected based on a variation from the initial value of the parameter, and the corrected temperature of the substrate is equal to the predetermined temperature. The heater is controlled so that

第1実施形態による成膜装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the film-forming apparatus by 1st Embodiment. 放射温度計および光学モニタが光透過窓を介して熱輻射光強度および反射光強度を測定している様子を示す概略図。Schematic which shows a mode that a radiation thermometer and an optical monitor are measuring the heat radiation light intensity | strength and reflected light intensity | strength through a light transmission window. 成膜処理の回数に対するウェハの初期反射光強度比の測定値を示す図。The figure which shows the measured value of the initial reflected light intensity ratio of the wafer with respect to the frequency | count of the film-forming process. 第1実施形態による成膜装置の動作の一例を示すフロー図。The flowchart which shows an example of operation | movement of the film-forming apparatus by 1st Embodiment. X線ロッキングカーブ法によるAlNの(102)面の回折強度ピークの半値幅の測定値を示す図。The figure which shows the measured value of the half value width of the diffraction intensity peak of the (102) plane of AlN by the X-ray rocking curve method. AlNおよびAlGaNの成膜中における反射率の時間変化の測定値を示す図。The figure which shows the measured value of the time change of the reflectance in the film-forming of AlN and AlGaN. GaNの成長速度比の測定値を示す図。The figure which shows the measured value of the growth rate ratio of GaN. 第2実施形態による成膜装置の動作を示すフロー図。The flowchart which shows operation | movement of the film-forming apparatus by 2nd Embodiment. チャンバの環境温度の測定点の例を示す図。The figure which shows the example of the measurement point of the environmental temperature of a chamber.

(第1実施形態)
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図1は、第1実施形態による成膜装置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ェハ(以下、単にウェハと呼ぶ)Wを用い、このウェハW上に単一の膜を、あるいは複数の薄膜を積層して、成膜する例を説明する。以下では、気相成長方法としてMOCVDを例にとり具体的に説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment does not limit the present invention. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a film forming apparatus 1 according to the first embodiment. In the present embodiment, 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 single film or a plurality of thin films are stacked on the wafer W. An example of film formation will be described. Hereinafter, MOCVD is specifically described as an example of the vapor phase growth method.

図1の成膜装置1は、ウェハWに成膜を行うチャンバ2と、このチャンバ2内のウェハ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内でウェハ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、ウェハ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、ウェハ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、ウェハWからの反射光強度を測定する光学モニタ12とを備えている。   A film forming apparatus 1 in FIG. 1 includes a chamber 2 that forms a film on a wafer W, a gas supply unit 3 that supplies a raw material gas to the wafer W in the chamber 2, and a raw material discharge unit 4 that is positioned above the chamber 2 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 8 that discharges the gas in the chamber 2. 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, a control unit 11 that controls each unit, and an optical that measures the intensity of reflected light from the wafer W And a monitor 12.

成膜室としてのチャンバ2は、成膜対象のウェハ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 as the film forming chamber has a shape (for example, a cylindrical shape) that can store the wafer W to be formed, and the susceptor 5, the heater 7, a part of the rotating unit 6, etc. are accommodated in the chamber 2. Has been.

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、ウェハW上に供給され、これにより、ウェハ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内のウェハ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内にウェハ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 in the upper part of the rotating unit 6 and has a structure in which the wafer W is placed and supported in a spot facing 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/またはウェハ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はウェハWの温度を測定する。放射温度計10で測定する熱輻射光の波長範囲が可視部から近赤外部の波長範囲であり、ウェハWがサファイアや炭化ケイ素(SiC)など上記の波長範囲で透明な基板(以下透明基板)である場合、放射温度計では直接ウェハWの温度を測定できないため、透明基板を透過したサセプタ5からの熱輻射光強度を用いてサセプタ5の温度を測定することが一般的である。このようにして測定したサセプタ5の温度によりウェハWの温度を監視することができる。本実施形態においては、基板を放射温度計が測定する波長範囲で不透明なウェハWとする。ただし、ウェハWが透明基板であっても、以下に詳述する光透過窓のくもりの影響を補正する方法は、サセプタ5の温度についても同様に行うことができる。   The radiation thermometer 10 is provided on the upper surface of the raw material discharge unit 4. The radiation thermometer 10 measures the temperature of the wafer W. The wavelength range of the heat radiation measured by the radiation thermometer 10 is the wavelength range from the visible part to the near-infrared part, and the wafer W is transparent in the above wavelength range such as sapphire and silicon carbide (SiC) (hereinafter referred to as transparent substrate). In this case, since the radiation thermometer cannot directly measure the temperature of the wafer W, it is common to measure the temperature of the susceptor 5 using the intensity of heat radiation from the susceptor 5 that has passed through the transparent substrate. The temperature of the wafer W can be monitored by the temperature of the susceptor 5 measured in this way. In the present embodiment, the substrate is a wafer W that is opaque in the wavelength range measured by the radiation thermometer. However, even if the wafer W is a transparent substrate, the method of correcting the influence of clouding of the light transmission window, which will be described in detail below, can be similarly performed for the temperature of the susceptor 5.

放射温度計10は、ウェハW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、熱輻射光強度を用いてウェハWの温度を算出する。放射温度計10は、その内部にデータ演算部を有する。このデータ演算部は、熱輻射光強度からウェハWの温度を求める。データ演算部は、例えば、汎用のコンピュータにより構成可能である。放射温度計10におけるウェハWの測定温度は、制御部11にフィードバックされ、ウェハWの実際の温度を所定温度に制御するために用いられる。   The radiation thermometer 10 receives thermal radiation from the wafer W and measures the thermal radiation intensity. The radiation thermometer 10 calculates the temperature of the wafer W using the heat radiation light intensity. The radiation thermometer 10 has a data calculation unit therein. This data calculation unit obtains the temperature of the wafer W from the heat radiation intensity. The data calculation unit can be configured by a general-purpose computer, for example. The measured temperature of the wafer W in the radiation thermometer 10 is fed back to the control unit 11 and used to control the actual temperature of the wafer W to a predetermined temperature.

原料放出部4の上面には、光透過窓2aが設けられており、光学モニタ12の光源からの光と、ウェハ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。窓には、放射温度計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、その場合には窓の部材としては石英ガラスなどが好適に用いられる。   A light transmission window 2 a is provided on the upper surface of the raw material discharge portion 4, and light from the light source of the optical monitor 12, reflected light from the wafer W, and heat radiation light pass through the light transmission window 2 a. The light transmission window 2a can take an arbitrary shape such as a slit shape, a rectangular shape, or a circular shape. A transparent member is used for the window in the wavelength range of light measured by a radiation thermometer. 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 glass or the like is suitably used as the window member.

制御部11は、成膜装置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によるウェハWの加熱などを制御する。例えば、制御部11は、放射温度計10により測定されるウェハWの測定温度が所定の温度となるようにヒータ7を制御する。   The control unit 11 includes a computer that centrally controls each unit in the film forming apparatus 1 and a storage unit that stores film forming process information and various programs related to the film forming 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. For example, the control unit 11 controls the heater 7 so that the measurement temperature of the wafer W measured by the radiation thermometer 10 becomes a predetermined temperature.

ウェハWが高温に加熱される場合、チャンバ2、原料放出部4、ガス排出部8などを冷却する場合がある。原料放出部4などのウェハWより上流側が必要以上に高温になると、この必要以上に高温になった部分で、ウェハW上への成膜にとって好ましくない原料の前分解等の気相反応が起きる。またこの必要以上に高温になった部分から不純物が原料ガス中に放出され、ウェハW上に形成された膜に多くの不純物が含まれることになる。上記の好ましくない気相反応が起きないようにするためには、ウェハWより上流部の温度は室温以上、250℃以下に保持するのが好ましい。より好ましくは60℃以上、200℃以下である。   When the wafer W is heated to a high temperature, the chamber 2, the material discharge unit 4, the gas discharge unit 8, and the like may be cooled. When the upstream side of the wafer W such as the raw material discharge part 4 becomes higher than necessary, a gas phase reaction such as pre-decomposition of the raw material, which is undesirable for film formation on the wafer W, occurs in the part where the temperature is higher than necessary. . Further, impurities are released into the raw material gas from a portion where the temperature is higher than necessary, and the film formed on the wafer W contains many impurities. In order to prevent the above undesirable gas phase reaction from occurring, it is preferable to maintain the temperature upstream of the wafer W at room temperature or higher and 250 ° C. or lower. More preferably, it is 60 degreeC or more and 200 degrees C or less.

また、大気と反応炉を隔離するチャンバ2などの部分が必要以上に高温になると、この部分に人体が触るなどした場合に火傷を負うなどの危険性がある。このような危険性を避けるためには、大気に剥き出しの部分は100℃以下に保持するのが好ましい。   Further, if the temperature of a portion such as the chamber 2 that separates the reaction chamber from the atmosphere becomes higher than necessary, there is a risk that a burn may occur if the human body touches this portion. In order to avoid such a risk, it is preferable to keep the portion exposed to the atmosphere at 100 ° C. or lower.

上記の温度を制御する方法については、温度の制御が必要な部分に適切な流路を設け、この流路の内部に冷媒を流すのが一般的である。上記の冷媒については、水や水に溶解する液体との溶液、有機材料あるいは無機材料の液体を用いることができる。これらの冷媒は温度を一定にして上記の流路内をとおして温度制御に用いるのが、再現性良く成膜を行うために有効である。   As for the above-described method for controlling the temperature, it is general that an appropriate flow path is provided in a portion where the temperature needs to be controlled, and the refrigerant is caused to flow inside the flow path. About said refrigerant | coolant, the solution with the liquid which melt | dissolves in water or water, the liquid of an organic material, or an inorganic material can be used. Use of these refrigerants for temperature control with the temperature kept constant is effective for film formation with good reproducibility.

光学モニタ12は、放射温度計10と同様に、原料放出部4の上面に設けられている。
光学モニタ12は、放射温度計10と離れて設けられてもよいが、放射温度計10と近い位置に設けられることが好ましい。
Similar to the radiation thermometer 10, the optical monitor 12 is provided on the upper surface of the raw material discharge unit 4.
The optical monitor 12 may be provided apart from the radiation thermometer 10, but is preferably provided at a position close to the radiation thermometer 10.

また、図1に示した成膜装置1では、光学モニタ12と放射温度計10とをウェハWの回転軸からの距離をほぼ同じにして、ウェハの回転軸に対して反対側に設けることがより好ましい。光透過窓2aに不均一にくもりが生じる場合、図1に示した成膜装置1はウェハWの回転軸に対して略回転対称であるため、光透過窓2aのくもりもおおよそウェハWの回転軸に対して対称に生じる。したがって、上記のような配置に光学モニタ12と放射温度計10とを設置することで、くもり度合いがほぼ等しい位置に光学モニタ12と放射温度計10とを配置することができるので、光透過窓2aのくもりの不均一性の影響を低減できる。複数の放射温度計10および複数の光学モニタ12を設置する場合であっても、ウェハWの回転軸に対してほぼ対称な位置に、放射温度計10と光学モニタ12とを設置することで、光透過窓2aのくもりの不均一性の影響を低減し、各放射温度計10について本実施形態の効果を持たせることができる。   Further, in the film forming apparatus 1 shown in FIG. 1, the optical monitor 12 and the radiation thermometer 10 are provided on the opposite side with respect to the rotation axis of the wafer so that the distance from the rotation axis of the wafer W is substantially the same. More preferred. When clouding occurs unevenly in the light transmission window 2a, the film forming apparatus 1 shown in FIG. 1 is substantially rotationally symmetric with respect to the rotation axis of the wafer W, so that the clouding of the light transmission window 2a is also approximately the rotation of the wafer W. It occurs symmetrically about the axis. Therefore, by installing the optical monitor 12 and the radiation thermometer 10 in the arrangement as described above, the optical monitor 12 and the radiation thermometer 10 can be arranged at a position where the degree of cloudiness is substantially equal. The influence of the non-uniformity of the cloudiness of 2a can be reduced. Even when a plurality of radiation thermometers 10 and a plurality of optical monitors 12 are installed, by installing the radiation thermometer 10 and the optical monitor 12 at a position substantially symmetrical with respect to the rotation axis of the wafer W, The influence of the non-uniformity of the cloudiness of the light transmission window 2a can be reduced, and each radiation thermometer 10 can have the effect of this embodiment.

さらに好適には、ウェハWから放射温度計10へ熱輻射光が通過する光軸と光学モニタ12の光学軸とを一致させることが挙げられる。光学モニタ12と放射温度計10の光学軸とを一致させることで、光学モニタ12は放射温度計10の熱輻射光強度の測定に影響を及ぼす光透過窓2aの領域を直接評価することが可能になる。この配置は光透過窓2aのくもりの不均一性が対称性を持たないような場合にも好適に用いることができる。光学モニタ12と放射温度計10の光学軸を一致させるためには、適切に光学モニタ12の光源、ハーフミラー等の光学部品を組み合わせればよい。   More preferably, the optical axis through which heat radiation passes from the wafer W to the radiation thermometer 10 and the optical axis of the optical monitor 12 are matched. By matching the optical axis of the optical monitor 12 and the radiation thermometer 10, the optical monitor 12 can directly evaluate the region of the light transmission window 2 a that affects the measurement of the thermal radiation light intensity of the radiation thermometer 10. become. This arrangement can be suitably used even when the non-uniformity of the cloud of the light transmission window 2a has no symmetry. In order to make the optical axes of the optical monitor 12 and the radiation thermometer 10 coincide with each other, optical components such as a light source and a half mirror of the optical monitor 12 may be appropriately combined.

透明基板を用いる場合、放射温度計10はサセプタ上に設けてもよい。   When a transparent substrate is used, the radiation thermometer 10 may be provided on the susceptor.

パラメータ取得部としての光学モニタ12は、光透過窓2aを介してウェハWに光を照射し、光透過窓2aを介してパラメータとしてウェハWからの反射光強度を測定する。光学モニタ12は、例えば、ウェハWまたは薄膜の中央部および/または外周部の上方において設置され、対応するウェハW部分の反射光強度を測定する。反射光強度は、放射温度計10で算出されたウェハWの温度の測定値を補正するために用いられる。ウェハWの温度の測定値の補正については、後で説明する。   The optical monitor 12 as a parameter acquisition unit irradiates the wafer W with light through the light transmission window 2a, and measures the reflected light intensity from the wafer W as a parameter through the light transmission window 2a. The optical monitor 12 is installed, for example, above the central portion and / or the outer peripheral portion of the wafer W or thin film, and measures the reflected light intensity of the corresponding wafer W portion. The reflected light intensity is used to correct the measured value of the temperature of the wafer W calculated by the radiation thermometer 10. Correction of the measured value of the temperature of the wafer W will be described later.

ところで、成膜装置1が繰り返し成膜を行うことにより、堆積物によって光透過窓2aにくもりが生じるため、光透過窓2aの透過率Trが低下する。   By the way, when the film forming apparatus 1 repeatedly performs film formation, clouding occurs in the light transmission window 2a due to the deposit, and thus the transmittance Tr of the light transmission window 2a is reduced.

この透過率Trの低下により、光学モニタ12が測定する反射光強度および放射温度計10が測定する熱輻射光強度は低下する。例えば、くもりが生じる前の光透過窓2aの透過率Trは1であるが、くもりが生じると光透過窓2aの透過率Trは1よりも小さい値に低下しゼロに近付く。即ち、光透過窓2aの透過率Trは、光透過窓2aに付着する堆積物によって、1〜0の範囲で変化し得る(0≦Tr≦1)。   As the transmittance Tr decreases, the reflected light intensity measured by the optical monitor 12 and the heat radiation intensity measured by the radiation thermometer 10 are decreased. For example, the transmittance Tr of the light transmission window 2a before clouding is 1, but when clouding occurs, the transmittance Tr of the light transmission window 2a is reduced to a value smaller than 1 and approaches zero. That is, the transmittance Tr of the light transmission window 2a can vary within a range of 1 to 0 (0 ≦ Tr ≦ 1) depending on the deposits attached to the light transmission window 2a.

ここで、光透過窓2aの透過率は、窓部材の表面での反射、窓部材の光の吸収や散乱の影響を受ける。ただし、以下の議論ではこれらの影響を無視して、光透過窓2aにくもりがない状態での透過率を1としているが、本実施形態の有効性に問題はない。これは、本実施形態では、光透過窓2aのくもりの及ぼす影響を、くもりがない状態との比較として表しているからである。なお、くもりがない場合での光透過窓2aの実際の透過率の影響を取り除くためには、光透過窓2aの透過率の影響を受けない温度測定方法を用いてあらかじめ放射温度計10の補正を行う必要がある。上述の光透過窓2aの透過率の影響を受けない測温方法としては融点が分っている材料を溶融する方法、2色放射温度計を用いる方法、熱放射スペクトルを測定し、黒体輻射の式でフィッティングする方法などが挙げられる。上記の方法のうち2色放射温度計を用いる方法と熱放射スペクトルを測定する方法は、熱輻射光強度の波長分布から測定対象の温度を求める手法であり、原理的に光透過窓2aの透過率の影響を受けない。一方、基板上に薄膜を成長すると、光の干渉効果により、反射率が大きな波長分布を持つことが知られている。したがって、2色放射温度計や熱輻射スペクトルを測定・解析する方法では、薄膜の成膜途中での温度測定が難しく、薄膜成膜中での温度測定にはやはり測定波長が狭く制限された単色放射温度計を用いる必要がある。   Here, the transmittance of the light transmission window 2a is affected by reflection on the surface of the window member, light absorption and scattering of the window member. However, in the following discussion, these effects are ignored and the transmittance in a state where the light transmission window 2a is not cloudy is set to 1, but there is no problem in the effectiveness of this embodiment. This is because in the present embodiment, the influence of the clouding of the light transmission window 2a is expressed as a comparison with a state without clouding. In order to eliminate the influence of the actual transmittance of the light transmission window 2a when there is no cloudiness, the radiation thermometer 10 is corrected in advance using a temperature measurement method that is not affected by the transmittance of the light transmission window 2a. Need to do. As a temperature measuring method that is not affected by the transmittance of the light transmitting window 2a, a method of melting a material whose melting point is known, a method using a two-color radiation thermometer, a thermal radiation spectrum is measured, and black body radiation is measured. The method of fitting with the formula of is mentioned. Of the above methods, the method using a two-color radiation thermometer and the method of measuring the thermal radiation spectrum are methods for obtaining the temperature of the measurement object from the wavelength distribution of the thermal radiation light intensity, and in principle the transmission through the light transmission window 2a. Unaffected by rate. On the other hand, it is known that when a thin film is grown on a substrate, the reflectance has a large wavelength distribution due to the light interference effect. Therefore, with the two-color radiation thermometer and the method of measuring and analyzing the thermal radiation spectrum, it is difficult to measure the temperature during the thin film deposition, and the measurement wavelength is narrowly limited for the temperature measurement during the thin film deposition. It is necessary to use a radiation thermometer.

図2を参照して、ウェハWの温度誤差についてより詳細に説明する。   The temperature error of the wafer W will be described in detail with reference to FIG.

図2は、放射温度計10および光学モニタ12が光透過窓2aを介して熱輻射光強度および反射光強度を測定している様子を示す概略図である。尚、図2では、1つの放射温度計10および1つの光学モニタ12が示されているが、複数の放射温度計10および複数の光学モニタ12がウェハWの中央部や外周部等に対応して設けられていてもよい。   FIG. 2 is a schematic view showing a state in which the radiation thermometer 10 and the optical monitor 12 measure the heat radiation light intensity and the reflected light intensity through the light transmission window 2a. In FIG. 2, one radiation thermometer 10 and one optical monitor 12 are shown. However, the plurality of radiation thermometers 10 and the plurality of optical monitors 12 correspond to the central portion, the outer peripheral portion, and the like of the wafer W. It may be provided.

放射温度計10がウェハWの温度を測定するとき、熱輻射光L1は光透過窓2aを1度通過する。成膜装置1が成膜動作を行うことにより、光透過窓2aに堆積物が付着すると、光透過窓2aの透過率Trが1よりも小さくなる。この場合、光L1は、光透過窓2aを1度通過するごとにTr倍になるので、放射温度計10が測定する熱輻射光強度は、光透過窓2aにくもりがない場合(Tr=1の場合)と比べて、Tr倍に低下する。このような場合、放射温度計10は、ウェハWの正確な温度を測定することができない。放射温度計10による測定温度は、制御部11へフィードバックされてウェハWの実際の温度の制御に用いられる。従って、測定温度の誤差は、ウェハWの実際の温度の誤差原因となる。   When the radiation thermometer 10 measures the temperature of the wafer W, the heat radiation light L1 passes through the light transmission window 2a once. When deposits adhere to the light transmission window 2a by the film forming apparatus 1 performing a film forming operation, the transmittance Tr of the light transmission window 2a becomes smaller than 1. In this case, the light L1 is multiplied by Tr every time it passes through the light transmission window 2a. Therefore, the heat radiation light intensity measured by the radiation thermometer 10 is not clouded in the light transmission window 2a (Tr = 1). In the case of (2)). In such a case, the radiation thermometer 10 cannot measure the accurate temperature of the wafer W. The temperature measured by the radiation thermometer 10 is fed back to the control unit 11 and used to control the actual temperature of the wafer W. Therefore, the error in the measured temperature causes an error in the actual temperature of the wafer W.

そこで、本実施形態によれば、パラメータ取得部としての光学モニタ12は、第1成膜処理としての最初の成膜処理の前に第1初期反射光強度を測定し、最初の成膜処理以降の第2成膜処理の前に第2初期反射光強度を測定する。光学モニタ12は、第1初期反射光強度と第2初期反射光強度との比をウェハWの初期反射光強度比として算出し、光透過窓2aのくもりにより低下する初期反射光強度から光透過窓2aの透過率Trを求める。そして、成膜装置1は、透過率Trを用いて、放射率または測定温度を補正する。初期反射光強度とは、各ウェハWの成膜処理において、光学モニタ12により測定される成膜処理前におけるウェハWの反射光強度である。即ち、ウェハWの初期反射光強度は、ウェハWが各成膜処理においてチャンバ2内に搬入された後、ウェハWの成膜処理前に光透過窓2aを介して測定される反射光強度である。   Therefore, according to the present embodiment, the optical monitor 12 as the parameter acquisition unit measures the first initial reflected light intensity before the first film forming process as the first film forming process, and after the first film forming process. The second initial reflected light intensity is measured before the second film forming process. The optical monitor 12 calculates the ratio of the first initial reflected light intensity and the second initial reflected light intensity as the initial reflected light intensity ratio of the wafer W, and transmits light from the initial reflected light intensity that decreases due to clouding of the light transmitting window 2a. The transmittance Tr of the window 2a is obtained. And the film-forming apparatus 1 correct | amends an emissivity or measurement temperature using the transmittance | permeability Tr. The initial reflected light intensity is the reflected light intensity of the wafer W before the film forming process measured by the optical monitor 12 in the film forming process of each wafer W. That is, the initial reflected light intensity of the wafer W is the reflected light intensity measured through the light transmission window 2a after the wafer W is loaded into the chamber 2 in each film forming process and before the film forming process of the wafer W. is there.

図3は、成膜処理の回数に対するウェハWの初期反射光強度比の測定値を示す図である。横軸は成膜処理の回数を示し、縦軸は初期反射光強度比を示す。図3のデータは1つの成膜装置内に3つのチャンバ2に設置し、これらのチャンバ2を並列で処理する配置のものから得ている。図3において、PM1〜PM3は、本成膜装置が有する3つのチャンバ2を示している。   FIG. 3 is a diagram showing measured values of the initial reflected light intensity ratio of the wafer W with respect to the number of film forming processes. The horizontal axis indicates the number of film forming processes, and the vertical axis indicates the initial reflected light intensity ratio. The data of FIG. 3 is obtained from an arrangement in which three chambers 2 are installed in one film forming apparatus and these chambers 2 are processed in parallel. In FIG. 3, PM1 to PM3 indicate three chambers 2 included in the film forming apparatus.

初期反射光強度比は、或る成膜処理(第1成膜処理)の前に測定された初期反射光強度(第1初期反射光強度)Ir1と、第1成膜処理以降の第2成膜処理の前に測定された初期反射光強度(第2初期反射光強度)Ir2との比率(Ir2/Ir1)である。尚、成膜処理回数が0のときは、初期反射光強度比は、第1初期反射光強度Ir1と第1初期反射光強度Ir1との比率(Ir1/Ir1=1)とする。   The initial reflected light intensity ratio is the initial reflected light intensity (first initial reflected light intensity) Ir1 measured before a certain film forming process (first film forming process) and the second composition after the first film forming process. It is a ratio (Ir2 / Ir1) with the initial reflected light intensity (second initial reflected light intensity) Ir2 measured before the film treatment. When the number of film forming processes is 0, the initial reflected light intensity ratio is the ratio of the first initial reflected light intensity Ir1 to the first initial reflected light intensity Ir1 (Ir1 / Ir1 = 1).

第1初期反射光強度Ir1は、1回目の成膜処理の実行前に、例えば、新しい(交換直後の)光透過窓2aを介して測定された初期反射光強度である。即ち、第1初期反射光強度Ir1は、光透過窓2aを交換した後、1回目のウェハWの成膜処理前に測定された初期反射光強度である。第2初期反射光強度Ir2は、2回目以降の任意の成膜処理の実行前に測定された初期反射光強度である。即ち、第2初期反射光強度Ir2は、光透過窓2aを交換した後、2回目以降のウェハWの成膜処理前に測定された初期反射光強度である。尚、第1初期反射光強度Ir1は、光透過窓2aのくもりが無ければ、数回の成膜処理を実行した後に測定されてもよい。この場合、第2初期反射光強度Ir2は、第1初期反射光強度Ir1以降の任意の成膜処理前に測定される反射光強度である。   The first initial reflected light intensity Ir1 is the initial reflected light intensity measured through, for example, a new (immediately after replacement) light transmission window 2a before the first film formation process. That is, the first initial reflected light intensity Ir1 is the initial reflected light intensity measured after the light transmission window 2a is replaced and before the first film formation processing of the wafer W. The second initial reflected light intensity Ir2 is the initial reflected light intensity measured before the execution of any film forming process after the second time. That is, the second initial reflected light intensity Ir2 is the initial reflected light intensity measured after the light transmission window 2a is replaced and before the second and subsequent film forming processes of the wafer W. It should be noted that the first initial reflected light intensity Ir1 may be measured after several film formation processes if the light transmission window 2a is not clouded. In this case, the second initial reflected light intensity Ir2 is a reflected light intensity measured before any film forming process after the first initial reflected light intensity Ir1.

成膜処理回数が0のとき、初期反射光強度比は、上述の通り、第1初期反射光強度Ir1と第1初期反射光強度Ir1との比率(Ir1/Ir1=1)となる。成膜処理回数が1以上のとき、初期反射光強度比(Ir2/Ir1)は、成膜処理回数が増大するにつれて、低下する傾向がある。   When the number of film forming processes is 0, the initial reflected light intensity ratio is the ratio (Ir1 / Ir1 = 1) between the first initial reflected light intensity Ir1 and the first initial reflected light intensity Ir1, as described above. When the number of film forming processes is 1 or more, the initial reflected light intensity ratio (Ir2 / Ir1) tends to decrease as the number of film forming processes increases.

このように、光透過窓2aの透過率Trは、初期反射光強度比と相関しているので、本実施形態による放射温度計10または光学モニタ12は、初期反射光強度比に基づいて透過率Trを算出することができる。放射温度計10または制御部11は、透過率Trを用いて、放射率または測定温度を補正する。   Thus, since the transmittance Tr of the light transmission window 2a correlates with the initial reflected light intensity ratio, the radiation thermometer 10 or the optical monitor 12 according to the present embodiment can transmit the transmittance based on the initial reflected light intensity ratio. Tr can be calculated. The radiation thermometer 10 or the control unit 11 corrects the emissivity or the measured temperature using the transmittance Tr.

以下、透過率Trの算出および放射率または測定温度の補正についてより詳細に説明する。   Hereinafter, calculation of transmittance Tr and correction of emissivity or measurement temperature will be described in more detail.

(光透過窓2aの透過率Trの算出)
図2を再度参照する。光学モニタ12が反射光強度を測定する際、光学モニタ12からの光L2は、透過率Trを有する光透過窓2aを通過した後、ウェハWに反射され、光透過窓2aを再度通過して光学モニタ12へ戻る。よって、光学モニタ12が反射光強度を測定するために、光L2は、光学モニタ12とウェハWとの間を往復し、光透過窓2aを2度通過する。ここで、上述の通り、光は、光透過窓2aを1度通過するごとにTr倍になるので、光学モニタ12で測定される光L2の強度(反射光強度)は、光透過窓2aにくもりがない場合と比較して(Tr)倍になる。成膜装置1が成膜動作を行うことにより、光透過窓2aの透過率Trが1よりも小さくなると、それに伴って、光学モニタ12で測定される反射光強度も照射光強度が変化しなければ(Tr)倍に低下することになる。
(Calculation of transmittance Tr of light transmission window 2a)
Please refer to FIG. 2 again. When the optical monitor 12 measures the reflected light intensity, the light L2 from the optical monitor 12 passes through the light transmission window 2a having the transmittance Tr, is reflected by the wafer W, and passes through the light transmission window 2a again. Return to the optical monitor 12. Therefore, in order for the optical monitor 12 to measure the reflected light intensity, the light L2 reciprocates between the optical monitor 12 and the wafer W and passes through the light transmission window 2a twice. Here, as described above, each time the light passes through the light transmission window 2a, it becomes Tr times. Therefore, the intensity (reflected light intensity) of the light L2 measured by the optical monitor 12 is applied to the light transmission window 2a. compared with the case where there is no cloudiness (Tr) is doubled. If the transmittance Tr of the light transmission window 2a is smaller than 1 by the film forming apparatus 1 performing the film forming operation, the intensity of the reflected light measured by the optical monitor 12 must be changed accordingly. if (Tr) will be reduced twice.

ここで、一般に、物質の反射率Rおよび放射率εは、式1の関係を有する。尚、この物質の透過率はゼロ(不透明)であるとする。
ε+R=1(式1)
成膜中のウェハWの放射率εは、式1を用いて反射率Rから求めることができる。ウェハW上に薄膜を成膜する際に放射率εが大きく変化する場合があるが、式1により反射率Rを測定することで成膜中の放射率εが評価できるので、成膜中の正確な温度測定が可能になる。また、一般に材料の反射率は、材料固有の値として予め決まっている。例えば、シリコンの場合、波長が1μm付近の光ではウェハの垂直方向への反射率Rは室温で約0.3である。そこで成長開始前にウェハWなどの反射率が既知の材料を使って反射光強度を測定し、上記の既知の反射率により反射光強度と反射率の関係を較正することができる。
Here, in general, the reflectance R and emissivity ε of a substance have the relationship of Equation 1. It is assumed that the transmittance of this substance is zero (opaque).
ε + R = 1 (Formula 1)
The emissivity ε of the wafer W during film formation can be obtained from the reflectance R using Equation 1. When the thin film is formed on the wafer W, the emissivity ε may change greatly. However, since the emissivity ε during film formation can be evaluated by measuring the reflectance R according to Equation 1, Accurate temperature measurement becomes possible. In general, the reflectance of a material is predetermined as a value unique to the material. For example, in the case of silicon, the reflectivity R in the vertical direction of the wafer is about 0.3 at room temperature for light having a wavelength in the vicinity of 1 μm. Therefore, before the growth is started, the reflected light intensity is measured using a material having a known reflectance such as the wafer W, and the relationship between the reflected light intensity and the reflectance can be calibrated by the known reflectance.

このとき、成膜装置1は、ウェハWの初期反射光強度の測定値から光透過窓2aの透過率Trを求めることができる。例えば、光透過窓2aにくもりがあると、その透過率Trが1よりも小さくなり、それに伴って、光学モニタ12で測定される初期反射光強度は、(Tr)倍へ低下する。光学モニタ12は、(初期反射光強度の低下率)1/2を演算することによって、光透過窓2aの透過率Trを算出することができる。 At this time, the film forming apparatus 1 can obtain the transmittance Tr of the light transmission window 2a from the measured value of the initial reflected light intensity of the wafer W. For example, if the light transmission window 2a is cloudy, the transmittance Tr becomes smaller than 1, and accordingly, the initial reflected light intensity measured by the optical monitor 12 decreases to (Tr) 2 times. The optical monitor 12 can calculate the transmittance Tr of the light transmission window 2a by calculating (a decrease rate of the initial reflected light intensity) 1/2 .

本実施形態では、交換直後の新しい光透過窓2aの透過率を1と仮定し、第1初期反射光強度Ir1を分母としている。従って、2回目の成長処理前に測定した初期反射光強度をIr2とすると、透過率Trは、(Ir2/Ir1)1/2として算出される。 In the present embodiment, the transmittance of the new light transmission window 2a immediately after replacement is assumed to be 1, and the first initial reflected light intensity Ir1 is used as the denominator. Therefore, if the initial reflected light intensity measured before the second growth process is Ir2, the transmittance Tr is calculated as (Ir2 / Ir1) 1/2 .

ここで注意すべき点をいくつかを以下に列挙する。まず、上記の透過率Trを求める際には成膜処理の対象となる各ウェハの初期反射光強度を前もって測定する必要は必ずしもないことである。つまり、光透過窓2aの透過率Trは、同じ光学的性質を有する同じ材料で同じ材質の測定用ウェハ(標準サンプルウェハ)を用いて定期的に求めてもよい。ただし、頻繁に同じ種類のウェハを用いて成膜する場合には、成膜処理の対象となるウェハを用いて透過率の測定を定期的に行うことが好ましい。この場合、標準サンプルウェハと成膜処理対象のウェハとの交換の手間がなく、生産性を損なうことがないからである。   Some points to note here are listed below. First, when obtaining the above-mentioned transmittance Tr, it is not always necessary to measure the initial reflected light intensity of each wafer to be subjected to the film formation process in advance. That is, the transmittance Tr of the light transmission window 2a may be obtained periodically using a measurement wafer (standard sample wafer) made of the same material and having the same optical properties. However, when the film is frequently formed using the same type of wafer, it is preferable to periodically measure the transmittance using the wafer to be subjected to the film forming process. In this case, there is no need to replace the standard sample wafer and the film formation target wafer, and productivity is not impaired.

次に、材質が同じであっても、材料の反射率は異なる場合がある。例えば、材料の反射率は一般的に温度に依存し、さらに材料が結晶質の場合、面方位や偏光方向などに依存する場合がある。透過率を測定するための初期反射光強度を測定する際には、上記の反射率に影響を与える要素を同一にしておく必要がある。   Next, even if the material is the same, the reflectance of the material may be different. For example, the reflectivity of a material generally depends on temperature, and when the material is crystalline, it may depend on the plane orientation, polarization direction, and the like. When measuring the initial reflected light intensity for measuring the transmittance, it is necessary to make the elements that affect the above-described reflectance the same.

ところで一般に成膜の生産性を上げるためには成膜処理後のウェハWを降温中の早い段階でチャンバ2から取り出す必要がある。このため新たなウェハWをチャンバ2に搬入した際にはチャンバ2の内部の温度は十分低下しているわけではなく、新たにチャンバ2に搬入されたウェハWの温度は時間とともに低下することになる。このような状況で測定された初期反射光強度はやはり安定しておらず、初期反射光強度の測定に際しては細心の注意を払う必要がある。   In general, in order to increase the productivity of film formation, it is necessary to take out the wafer W after the film formation process from the chamber 2 at an early stage during the temperature drop. For this reason, when a new wafer W is carried into the chamber 2, the temperature inside the chamber 2 is not sufficiently lowered, and the temperature of the wafer W newly carried into the chamber 2 is lowered with time. Become. The initial reflected light intensity measured in such a situation is still not stable, and it is necessary to pay close attention when measuring the initial reflected light intensity.

具体的に初期反射光強度を精度よく測定するための方法としては、チャンバ2内の環境温度を測定し、初期反射光強度を測定する際のチャンバ2内の温度が測定ごとに同じになるようにする、あるいは、成膜処理終了から次の成膜前に行う初期反射光強度の測定までのプロセスを同一にすることなどが挙げられる。   Specifically, as a method for accurately measuring the initial reflected light intensity, the ambient temperature in the chamber 2 is measured, and the temperature in the chamber 2 when measuring the initial reflected light intensity is the same for each measurement. Or the same process from the end of the film formation process to the measurement of the initial reflected light intensity performed before the next film formation.

図9は上記のチャンバ2の環境温度の測定点の例を示したものである。上記チャンバ2の環境温度としては、チャンバ2あるいは原料放出部4を冷却している冷媒の出口側の温度(T21およびT41)が挙げられる。また、上記の環境温度としてはガス排出部8中の排気ガスの温度T81が挙げられる。また上記の環境温度としてはチャンバ2、あるいはガス排出部8の壁面の温度(T22およびT82)が挙げられる。上記の壁面の温度は成膜装置1の大気側壁面あるいは内壁部分である。また上記の環境温度としてはチャンバ2内部の下部61のガス温度を挙げることができる。上記チャンバ2内部の下部61は、ヒータ7より下方の回転部6の内部である。チャンバ2内部の下部61のガス温度はヒータ7から離れるに従いウェハWとの差が大きくなるので、下部61での測定点がヒータ7から離れすぎると、ガス温度とウェハWの温度との関係が明確でなくなる。チャンバ2の下部61のガス温度とウェハWとの温度差は回転部6の内部に流すガス流量、あるいは、ヒータ7及びその周辺構造に依存する。しかし、ヒータ7から測定点の直線距離が概ね30cm以内であれば、チャンバ2の下部61のガス温度とウェハWの温度との相関が明瞭となり、本実施形態のチャンバ2の環境温度として好適に用いることができる。上記の環境温度は、熱電対、抵抗温度計などにより簡便に測定することができる。   FIG. 9 shows an example of measurement points of the environmental temperature of the chamber 2 described above. Examples of the environmental temperature of the chamber 2 include temperatures (T21 and T41) on the outlet side of the refrigerant that cools the chamber 2 or the raw material discharge unit 4. Moreover, as said environmental temperature, temperature T81 of the exhaust gas in the gas exhaust part 8 is mentioned. Moreover, as said environmental temperature, the temperature (T22 and T82) of the wall surface of the chamber 2 or the gas exhaust part 8 is mentioned. The temperature of the wall surface is the atmospheric side wall surface or the inner wall portion of the film forming apparatus 1. Moreover, as said environmental temperature, the gas temperature of the lower part 61 inside the chamber 2 can be mentioned. The lower part 61 inside the chamber 2 is inside the rotating part 6 below the heater 7. The difference between the gas temperature of the lower part 61 inside the chamber 2 and the wafer W increases as the distance from the heater 7 increases. Therefore, if the measurement point at the lower part 61 is too far from the heater 7, the relationship between the gas temperature and the temperature of the wafer W is It is not clear. The temperature difference between the gas temperature in the lower portion 61 of the chamber 2 and the wafer W depends on the gas flow rate flowing inside the rotating unit 6 or the heater 7 and its peripheral structure. However, if the linear distance from the heater 7 to the measurement point is approximately within 30 cm, the correlation between the gas temperature of the lower portion 61 of the chamber 2 and the temperature of the wafer W becomes clear, and is suitable as the environmental temperature of the chamber 2 of the present embodiment. Can be used. The ambient temperature can be easily measured with a thermocouple, a resistance thermometer, or the like.

前記のプロセスを同一にすることに関しては、新たにウェハWを搬入する直前の成膜処理が毎回同じ条件で終了することが重要である。上記の製膜処理の終了時点での条件の内容としては、ウェハWの温度、雰囲気ガスの種類、流量、圧力、ウェハWの回転速度、ヒータ7に加える電力などが挙げられる。これらの条件が同一である場合、さらにウェハWの搬出、搬入の時間経過を同一にし、新たに搬入されたウェハWの搬入時点から初期反射光強度を測定するまでの時間を同一にすることが挙げられる。成膜処理の終了時点での条件が通常とは異なる場合には、そのあとに新たに搬入されたウェハWの初期反射光強度が正確に測定できない場合がある。その場合には、通常とは異なる終了条件の成膜処理が終了したのち、別途製膜処理の終了条件が通常と同じダミーランを処理してから、新たにウェハWを搬入して、初期反射光強度を測定してもよい。   With respect to making the above processes the same, it is important that the film forming process immediately before newly loading a wafer W is completed under the same conditions every time. Examples of the conditions at the end of the film forming process include the temperature of the wafer W, the type of atmospheric gas, the flow rate, the pressure, the rotational speed of the wafer W, and the power applied to the heater 7. In the case where these conditions are the same, the time elapses for carrying out and carrying in the wafer W may be made the same, and the time from when the newly loaded wafer W is carried in until the initial reflected light intensity is measured may be made the same. Can be mentioned. If the conditions at the end of the film formation process are different from normal, the initial reflected light intensity of the wafer W newly loaded after that may not be measured accurately. In that case, after the film formation process with an end condition different from normal is completed, a dummy run with the same film formation process end condition is processed separately, and then a new wafer W is carried in, so that the initial reflected light Intensity may be measured.

さらに、初期反射光強度を測定するための光源は長期にわたって安定している必要がある。上記光源の初期反射光強度測定を行う波長領域で照射光強度が安定していないと、反射光強度が正確に求めることができず、光透過窓2aの窓部材の透過率を正確に求めることができない。したがって、上記の光源は発光強度を光源の駆動回路にフィードバックして長期間安定した発光強度を実現するなどの必要がある。あるいは発光強度を光学モニタ12に出力して、反射光強度を補正してもよい。また発光ダイオードなどの半導体発光素子を光源に用いる場合には、安定した駆動電流を供給できる駆動電源で発光素子を駆動することで安定した発光強度を得ることもできる。なお、定電流で発光素子を駆動する場合には、発光素子自体の温度が安定していること、発光素子の駆動を始めてから十分な発光強度の安定化時間を設けることなども留意すべき点である。   Furthermore, the light source for measuring the initial reflected light intensity needs to be stable over a long period of time. If the irradiation light intensity is not stable in the wavelength region where the initial reflected light intensity measurement of the light source is performed, the reflected light intensity cannot be obtained accurately, and the transmittance of the window member of the light transmission window 2a is accurately obtained. I can't. Therefore, the light source needs to feed back the light emission intensity to the drive circuit of the light source to realize a stable light emission intensity for a long time. Alternatively, the emission intensity may be output to the optical monitor 12 to correct the reflected light intensity. Further, when a semiconductor light emitting element such as a light emitting diode is used as a light source, a stable light emission intensity can be obtained by driving the light emitting element with a driving power source capable of supplying a stable driving current. When driving a light emitting element with a constant current, it should be noted that the temperature of the light emitting element itself is stable and that a sufficient time for stabilizing the light emission intensity is provided after the light emitting element is driven. It is.

また、光学モニタ12が測定する反射光の波長と放射温度計10が測定する熱輻射光強度の波長はなるべく近いことが好ましい。これは光透過窓2aに生じるくもりが波長により異なる透過率を示す場合があるからである。光学モニタ12が測定する光の波長と放射温度計10が測定する熱輻射光の波長を近づけることで、このような問題を除くことができる。   Moreover, it is preferable that the wavelength of the reflected light measured by the optical monitor 12 and the wavelength of the heat radiation light intensity measured by the radiation thermometer 10 are as close as possible. This is because the cloud generated in the light transmission window 2a may show different transmittance depending on the wavelength. Such a problem can be eliminated by bringing the wavelength of the light measured by the optical monitor 12 close to the wavelength of the heat radiation light measured by the radiation thermometer 10.

(ウェハWの測定温度の補正)
一方、温度がT(K)、放射率がεの物質から放射される波長λ(μm)の熱輻射光の強度をLとすると、熱輻射光強度Lは、式2に示すプランクの式により表される。
尚、c1、c2は定数である。定数c2は、約14388K・μmである。
(Correction of measurement temperature of wafer W)
On the other hand, assuming that the intensity of thermal radiation with a wavelength λ (μm) emitted from a substance having a temperature of T (K) and an emissivity of ε is L, the thermal radiation intensity L can be calculated by the Planck's equation shown in Equation 2. expressed.
Note that c1 and c2 are constants. The constant c2 is about 14388 K · μm.

一例として、成膜時のウェハWの温度Tは、約1000℃〜約1500℃であり、熱輻射光の測定波長λは、例えば、1μmである。この場合、分母の第1項は1よりも十分大きいため、式2の右辺の分母の第2項の「−1」を無視してもよい。即ち、放射温度計10は、式3を用いてウェハWの温度Tを求めてもよい。放射温度計10は、放射率ε、熱輻射光強度(観測値)L、波長λの値を用いて、式3からウェハWの温度Tを計算することができる。
As an example, the temperature T of the wafer W during film formation is about 1000 ° C. to about 1500 ° C., and the measurement wavelength λ of the heat radiation light is 1 μm, for example. In this case, since the first term of the denominator is sufficiently larger than 1, “−1” of the second term of the denominator on the right side of Equation 2 may be ignored. That is, the radiation thermometer 10 may obtain the temperature T of the wafer W using Equation 3. The radiation thermometer 10 can calculate the temperature T of the wafer W from Expression 3 using the values of emissivity ε, thermal radiation light intensity (observed value) L, and wavelength λ.

ここで、光透過窓2aにくもりがなく、光透過窓2aの透過率Trが1である場合、放射温度計10により算出される温度Tは、ほぼ正確なウェハWの温度となる。一方、光透過窓2aにくもりがあり、透過率Trが1より小さい場合、熱輻射光強度Lが低下するので、放射温度計10により算出される温度Tは、実際のウェハ温度よりも低くなり、誤差を含む温度(以下、見かけの温度)になる。   Here, when there is no cloudiness in the light transmission window 2a and the transmittance Tr of the light transmission window 2a is 1, the temperature T calculated by the radiation thermometer 10 is a substantially accurate temperature of the wafer W. On the other hand, when the light transmission window 2a is cloudy and the transmittance Tr is smaller than 1, the thermal radiation light intensity L decreases, so the temperature T calculated by the radiation thermometer 10 is lower than the actual wafer temperature. The temperature includes an error (hereinafter, apparent temperature).

実際のウェハWの温度(以下、実温度)をTaとすると、熱輻射強度の測定値Lから実温度Taを算出するためには、予め設定された放射率εを補正して補正放射率εcにする必要がある。即ち、熱輻射強度の測定値Lおよび補正放射率εcを用いることによって、実温度Taを算出できるようにする。そのためには、光透過窓2aの透過率Trから補正放射率εcを求め、補正放射率εcを用いて実温度Taを算出する手法(手法1)がある。また、透過率Trから実温度Taを直接算出する手法(手法2)がある。   Assuming that the actual temperature of the wafer W (hereinafter, actual temperature) is Ta, in order to calculate the actual temperature Ta from the measured value L of the thermal radiation intensity, the preset emissivity ε is corrected by correcting the preset emissivity εc. It is necessary to. That is, the actual temperature Ta can be calculated by using the measured value L of the heat radiation intensity and the corrected emissivity εc. For this purpose, there is a method (method 1) in which the corrected emissivity εc is obtained from the transmittance Tr of the light transmission window 2a and the actual temperature Ta is calculated using the corrected emissivity εc. There is also a method (method 2) for directly calculating the actual temperature Ta from the transmittance Tr.

手法1では、εc/εは、光透過窓2aの透過率Trに等しいことを利用する。放射温度計10は、式3のεをεc(即ち、ε×Tr)に補正し、ε×Trを式3のεに代入する。これにより算出される温度Tは実温度Taになる。従って、式4が得られる。
放射温度計10は、放射率εの補正後、熱輻射強度の測定値Lを用いて式4を演算する。
これにより、放射温度計10は、ウェハWの実温度Taを得ることができる。即ち、手法1では、放射温度計10は、放射率εを補正放射率εcに補正して、通常通り、熱輻射強度の測定値LからウェハWの温度を求めればよい。これにより、放射温度計10は、ウェハWの実温度Taを得ることができる。この場合、放射温度計10は、ウェハWの実温度Taを測定温度として出力するので、制御部11は、放射温度計10からの測定温度に基づいてヒータ7を制御すればよい。
Method 1 utilizes the fact that εc / ε is equal to the transmittance Tr of the light transmission window 2a. The radiation thermometer 10 corrects ε in Equation 3 to εc (ie, ε × Tr), and substitutes ε × Tr into ε in Equation 3. The temperature T thus calculated becomes the actual temperature Ta. Therefore, Equation 4 is obtained.
After correcting the emissivity ε, the radiation thermometer 10 calculates Equation 4 using the measured value L of the thermal radiation intensity.
Thereby, the radiation thermometer 10 can obtain the actual temperature Ta of the wafer W. That is, in the method 1, the radiation thermometer 10 may correct the emissivity ε to the corrected emissivity εc and obtain the temperature of the wafer W from the measured value L of the heat radiation intensity as usual. Thereby, the radiation thermometer 10 can obtain the actual temperature Ta of the wafer W. In this case, since the radiation thermometer 10 outputs the actual temperature Ta of the wafer W as the measurement temperature, the control unit 11 may control the heater 7 based on the measurement temperature from the radiation thermometer 10.

手法2では、補正放射率εcおよび実温度Taを式3に代入して得られる熱輻射強度Lが、元の放射率εおよび見かけの温度Tを式3に代入して得られる熱輻射強度Lと等しいことを利用する。即ち、式5が成り立つことを利用する。
式5を解くと、式6になる。
尚、εc/εは、光透過窓2aの透過率Trに等しいので、式6は式7のように表される。
放射温度計10は、式7を用いて、光透過窓2aの透過率Trと光透過窓2aを介して得られた熱輻射強度の測定値Lとから実温度Taを計算することができる。この場合、放射温度計10が式7を演算してウェハWの実温度Taを出力してもよい。しかし、放射温度計10は、ウェハWの見かけの温度Tを出力し、制御部11が、式7を演算してウェハWの実温度Taを算出してもよい。
In Method 2, the heat radiation intensity L obtained by substituting the corrected emissivity εc and the actual temperature Ta into Equation 3 is the heat radiation intensity L obtained by substituting the original emissivity ε and the apparent temperature T into Equation 3. Take advantage of being equal to That is, the fact that Formula 5 holds is used.
Solving Equation 5 gives Equation 6.
Since εc / ε is equal to the transmittance Tr of the light transmission window 2a, Expression 6 is expressed as Expression 7.
The radiation thermometer 10 can calculate the actual temperature Ta from the transmittance Tr of the light transmission window 2a and the measured value L of the heat radiation intensity obtained through the light transmission window 2a using Equation 7. In this case, the radiation thermometer 10 may calculate Equation 7 and output the actual temperature Ta of the wafer W. However, the radiation thermometer 10 may output the apparent temperature T of the wafer W, and the control unit 11 may calculate the actual temperature Ta of the wafer W by calculating Equation 7.

成膜装置1は、手法1および手法2のいずれを用いても正確なウェハWの温度に基づいてヒータ7を制御することができる。   The film forming apparatus 1 can control the heater 7 based on the accurate temperature of the wafer W by using either the method 1 or the method 2.

例えば、光透過窓2aの透過率Trが95%であり、熱輻射光の波長λが0.95μmであり、見かけの温度Tが1273K(1000℃)である場合、ウェハWの実温度Taは、1278K(1005℃)となる。このような見かけの温度Tと実温度Taとの誤差は、光透過窓2aの透過率Trの低下によって、ウェハWの温度を所定温度(1000℃)よりも5℃低いと判断したために生じる。   For example, when the transmittance Tr of the light transmission window 2a is 95%, the wavelength λ of the heat radiation light is 0.95 μm, and the apparent temperature T is 1273 K (1000 ° C.), the actual temperature Ta of the wafer W is 1278K (1005 ° C.). Such an error between the apparent temperature T and the actual temperature Ta is caused by determining that the temperature of the wafer W is 5 ° C. lower than the predetermined temperature (1000 ° C.) due to a decrease in the transmittance Tr of the light transmission window 2a.

もし、放射温度計10が見かけの温度Tを出力し、制御部11が見かけの温度Tを用いてヒータ7を制御した場合、制御部11は、設定温度1000℃に対して、ウェハWの温度を1005℃になるようにヒータ7を制御する。   If the radiation thermometer 10 outputs the apparent temperature T and the control unit 11 controls the heater 7 using the apparent temperature T, the control unit 11 controls the temperature of the wafer W with respect to the set temperature 1000 ° C. The heater 7 is controlled to 1005 ° C.

これに対し、本実施形態によれば、放射温度計10は、補正放射率εcを用いて算出された実温度Ta、あるいは、透過率Trによって補正された実温度Taを出力する。これにより、制御部11は、実温度Taを用いてヒータ7を制御することができる。従って、制御部11は、例えば、設定温度1000℃に対して、ウェハWの温度を1000℃になるようにヒータ7を制御することができる。代替的に、制御部11が透過率Trによって補正された実温度Taを算出し、その実温度Taを用いてヒータ7を制御してもよい。このように、本実施形態による成膜装置1は、光透過窓2aの透過率Trが低下しても、ウェハWの温度を正確に制御することができる。その結果、光透過窓2aの交換等のメンテナンスの周期を長くすることができ、生産性を向上させることができる。   On the other hand, according to the present embodiment, the radiation thermometer 10 outputs the actual temperature Ta calculated using the corrected emissivity εc or the actual temperature Ta corrected by the transmittance Tr. Thereby, the control part 11 can control the heater 7 using the actual temperature Ta. Therefore, for example, the control unit 11 can control the heater 7 so that the temperature of the wafer W becomes 1000 ° C. with respect to the set temperature 1000 ° C. Alternatively, the control unit 11 may calculate the actual temperature Ta corrected by the transmittance Tr, and control the heater 7 using the actual temperature Ta. As described above, the film forming apparatus 1 according to the present embodiment can accurately control the temperature of the wafer W even if the transmittance Tr of the light transmission window 2a is lowered. As a result, a maintenance cycle such as replacement of the light transmission window 2a can be lengthened, and productivity can be improved.

次に、本実施形態による成膜装置1の動作を説明する。   Next, the operation of the film forming apparatus 1 according to the present embodiment will be described.

図4は、本実施形態による成膜装置1の動作の一例を示すフロー図である。まず、光学モニタ12は、第1成膜処理としての最初の成膜処理の前に、第1初期反射光強度Ir1を測定する(S10)。最初の成膜処理は、例えば、光透過窓2aの交換後の1回目のウェハWの成膜処理である。光学モニタ12は、測定した第1初期反射光強度Ir1を放射温度計10へ出力する。放射温度計10は、第1初期反射光強度Ir1を内部メモリ(図示せず)に格納する。最初の成膜処理では、光透過窓2aはくもりが無く、光透過窓2aの透過率Trは1(Ir1/Ir1=1)であるものとする。従って、放射温度計10は、放射率εおよび見かけの温度Tを実質的に補正せずに出力する。このとき、制御部11は、放射温度計10からの測定温度に基づいて、ヒータ7を制御する。   FIG. 4 is a flowchart showing an example of the operation of the film forming apparatus 1 according to the present embodiment. First, the optical monitor 12 measures the first initial reflected light intensity Ir1 before the first film forming process as the first film forming process (S10). The first film forming process is, for example, the first film forming process of the wafer W after the replacement of the light transmission window 2a. The optical monitor 12 outputs the measured first initial reflected light intensity Ir1 to the radiation thermometer 10. The radiation thermometer 10 stores the first initial reflected light intensity Ir1 in an internal memory (not shown). In the first film formation process, it is assumed that the light transmission window 2a is not cloudy and the transmittance Tr of the light transmission window 2a is 1 (Ir1 / Ir1 = 1). Therefore, the radiation thermometer 10 outputs the emissivity ε and the apparent temperature T without substantially correcting. At this time, the control unit 11 controls the heater 7 based on the measured temperature from the radiation thermometer 10.

最初の成膜処理の終了後、成膜装置1は、成膜処理後のウェハWを搬出し、次に成膜処理を実行する2回目のウェハWを搬入する(S20)。光学モニタ12は、2回目の成膜処理の前に、第2初期反射光強度Ir2を測定する(S30)。光学モニタ12は、2回目の成膜処理の前に測定した第2初期反射光強度Ir2を放射温度計10へ出力する。放射温度計10は、第2初期反射光強度Ir2を内部メモリに格納する。   After the completion of the first film forming process, the film forming apparatus 1 unloads the wafer W after the film forming process, and then loads the second wafer W for executing the film forming process (S20). The optical monitor 12 measures the second initial reflected light intensity Ir2 before the second film formation process (S30). The optical monitor 12 outputs the second initial reflected light intensity Ir2 measured before the second film formation process to the radiation thermometer 10. The radiation thermometer 10 stores the second initial reflected light intensity Ir2 in the internal memory.

さらに、成膜処理の前に、放射温度計10は、第1初期反射光強度Ir1に対する第2初期反射光強度Ir2の比(初期反射光強度比=Ir2/Ir1)を演算する(S40)。   Further, before the film forming process, the radiation thermometer 10 calculates a ratio of the second initial reflected light intensity Ir2 to the first initial reflected light intensity Ir1 (initial reflected light intensity ratio = Ir2 / Ir1) (S40).

次に、放射温度計10は、上述の通り、初期反射光強度比から光透過窓2aの透過率Trを演算し、ウェハWの放射率εに透過率Trを掛けることによりウェハWの放射率εを補正する(S50)。例えば、透過率Trは、初期反射光強度比の平方根(Ir2/Ir1)1/2である。これにより、放射温度計10は、手法1を用いて、補正放射率εc(εc=ε×Tr)を演算し、ウェハWの実温度Taを算出することができる。 Next, as described above, the radiation thermometer 10 calculates the transmittance Tr of the light transmission window 2a from the initial reflected light intensity ratio, and multiplies the transmittance Tr of the wafer W by the transmittance Tr, thereby emissivity of the wafer W. ε is corrected (S50). For example, the transmittance Tr is the square root of the initial reflected light intensity ratio (Ir2 / Ir1) 1/2 . As a result, the radiation thermometer 10 can calculate the corrected emissivity εc (εc = ε × Tr) using the method 1 and calculate the actual temperature Ta of the wafer W.

あるいは、制御部11は、手法2を用いて、透過率TrからウェハWの実温度Taを算出することができる。   Alternatively, the control unit 11 can calculate the actual temperature Ta of the wafer W from the transmittance Tr using the method 2.

手法2を用いる場合、光学モニタ12は、第1および第2初期反射光強度Ir1、Ir2を制御部11へ出力してもよい。この場合、制御部11は、第1および第2初期反射光強度Ir1、Ir2を内部メモリ(図示せず)に格納し、初期反射光強度比を演算する(S40)。制御部11は、初期反射光強度比から透過率Trを演算し、透過率Trを用いて放射温度計10により測定された測定温度(見かけの温度)を実温度Taに補正する(S50)。制御部11は、補正された実温度Taに基づいて、ヒータ7を制御する。   When the method 2 is used, the optical monitor 12 may output the first and second initial reflected light intensities Ir1 and Ir2 to the control unit 11. In this case, the control unit 11 stores the first and second initial reflected light intensities Ir1 and Ir2 in an internal memory (not shown), and calculates the initial reflected light intensity ratio (S40). The control unit 11 calculates the transmittance Tr from the initial reflected light intensity ratio, and corrects the measured temperature (apparent temperature) measured by the radiation thermometer 10 to the actual temperature Ta using the transmittance Tr (S50). The control unit 11 controls the heater 7 based on the corrected actual temperature Ta.

3回目以降の成膜処理についても、2回目の成膜処理と同様に実行する。3回目以降の成膜処理の前に測定した初期反射光強度も便宜的に第2初期反射光強度Ir2と呼ぶ。即ち、各成膜処理の終了後、成膜装置1は、成膜処理後のウェハWを搬出し、次に成膜処理を実行するウェハWを搬入する(S20)。光学モニタ12は、各成膜処理の前に、第2初期反射光強度Ir2を測定する(S30)。光学モニタ12は、各成膜処理の前に測定した第2初期反射光強度Ir2を放射温度計10へ出力する。放射温度計10は、3回目以降の成膜処理前の第2初期反射光強度Ir2も内部メモリに格納する。   The third and subsequent film forming processes are executed in the same manner as the second film forming process. The initial reflected light intensity measured before the third and subsequent film formation processes is also referred to as a second initial reflected light intensity Ir2 for convenience. That is, after completion of each film forming process, the film forming apparatus 1 unloads the wafer W after the film forming process, and then loads the wafer W to be subjected to the film forming process (S20). The optical monitor 12 measures the second initial reflected light intensity Ir2 before each film forming process (S30). The optical monitor 12 outputs the second initial reflected light intensity Ir2 measured before each film forming process to the radiation thermometer 10. The radiation thermometer 10 also stores the second initial reflected light intensity Ir2 before the third and subsequent film formation processes in the internal memory.

次に、各成膜処理の前に、放射温度計10は、第1初期反射光強度Ir1に対する第2初期反射光強度Ir2の比(初期反射光強度比=Ir2/Ir1)を演算する(S40)。   Next, before each film forming process, the radiation thermometer 10 calculates the ratio of the second initial reflected light intensity Ir2 to the first initial reflected light intensity Ir1 (initial reflected light intensity ratio = Ir2 / Ir1) (S40). ).

次に、放射温度計10は、初期反射光強度比から光透過窓2aの透過率Trを演算し、ウェハWの放射率εに透過率Trを掛けることによりウェハWの放射率εを補正する(S50)。これにより、放射温度計10は、手法1を用いて、補正放射率εc(εc=ε×Tr)を演算し、ウェハWの実温度Taを算出する。あるいは、放射温度計10は、手法2を用いて、透過率TrからウェハWの実温度Taを算出する(S50)。制御部11は、算出された実温度Taに基づいて、ヒータ7を制御する。   Next, the radiation thermometer 10 calculates the transmittance Tr of the light transmission window 2a from the initial reflected light intensity ratio, and corrects the emissivity ε of the wafer W by multiplying the emissivity ε of the wafer W by the transmittance Tr. (S50). Thereby, the radiation thermometer 10 calculates the corrected emissivity εc (εc = ε × Tr) using the method 1, and calculates the actual temperature Ta of the wafer W. Alternatively, the radiation thermometer 10 uses method 2 to calculate the actual temperature Ta of the wafer W from the transmittance Tr (S50). The control unit 11 controls the heater 7 based on the calculated actual temperature Ta.

制御部11は、初期反射光強度比に基づいて、光透過窓2aのくもりに問題があることをユーザに警告してもよい。例えば、制御部11は、初期反射光強度比が所定値以下になったか否かを判断する(S60)。成膜回数が少なく、初期反射光強度比が所定値よりも大きい場合(S60のNO)、成膜装置1は、成膜終了後に再びS20〜S50のステップを行う。一方、初期反射光強度比が所定値以下になった場合(S60のYES)、成膜装置1は、成膜終了後に、光透過窓2aのくもりに問題があることをユーザに通知する(S70)。ユーザへの通知は、図示しないモニタへ出力したり、あるいは、図示しないスピーカで警報音を鳴らしてもよい。   Based on the initial reflected light intensity ratio, the controller 11 may warn the user that there is a problem with the clouding of the light transmission window 2a. For example, the control unit 11 determines whether or not the initial reflected light intensity ratio has become a predetermined value or less (S60). When the number of times of film formation is small and the initial reflected light intensity ratio is larger than the predetermined value (NO in S60), the film forming apparatus 1 performs steps S20 to S50 again after the film formation is completed. On the other hand, when the initial reflected light intensity ratio is equal to or less than the predetermined value (YES in S60), the film forming apparatus 1 notifies the user that there is a problem with the clouding of the light transmission window 2a after the film formation ends (S70). ). The notification to the user may be output to a monitor (not shown) or an alarm sound may be sounded by a speaker (not shown).

このように、本実施形態による成膜装置1は、ウェハWの初期反射光強度を測定し、初期反射光強度比を演算することにより、放射率の補正または測定温度の補正を行う。これにより、成膜装置1は、光透過窓2aにくもりが生じた場合でも、ウェハWの正確な温度を測定することができる。   As described above, the film forming apparatus 1 according to the present embodiment measures the initial reflected light intensity of the wafer W and calculates the initial reflected light intensity ratio, thereby correcting the emissivity or measuring temperature. Thereby, the film forming apparatus 1 can measure the accurate temperature of the wafer W even when the light transmission window 2a is cloudy.

図5は、X線ロッキングカーブ法によるAlNの(102)面の回折強度ピークの半値幅の測定値を示す図である。図5に示したデータは図3にも用いたラン数(処理回数)で示すと82ラン目に相当するランで成膜したサンプルについての測定データである。横軸は、ウェハWの中心からの距離を示し、縦軸は、半値幅を示す。ロッキングカーブ法における回折ピークの半値幅は、結晶性の評価に用いられる。例えば、結晶格子のゆがみや結晶欠陥が存在して結晶性が悪くなるほど、半値幅が広くなる。   FIG. 5 is a diagram showing measured values of the half-value width of the diffraction intensity peak of the (102) plane of AlN by the X-ray rocking curve method. The data shown in FIG. 5 is measurement data for a sample formed by a run corresponding to the 82nd run in terms of the number of runs (number of treatments) used in FIG. The horizontal axis indicates the distance from the center of the wafer W, and the vertical axis indicates the half width. The half width of the diffraction peak in the rocking curve method is used for the evaluation of crystallinity. For example, the full width at half maximum increases as the crystallinity deteriorates due to crystal lattice distortion or crystal defects.

図5は、チャンバPM1において、ウェハWの中心部から外周部に向かって結晶性が劣化していることを示している。その理由は以下の通りである。光透過窓2aのくもりにより熱輻射強度の測定値Lが低下し、放射温度計10がウェハWの実温度Taよりも低い見かけの温度Tを出力する。これにより、制御部11が処理温度を所望の温度よりも高く制御する。その結果、ウェハW上に形成された薄膜の結晶性が劣化する。チャンバPM1では、ウェハWの外周部において処理温度が高く制御されたためにその結晶性が劣化している。   FIG. 5 shows that the crystallinity of the chamber PM1 deteriorates from the center portion of the wafer W toward the outer peripheral portion. The reason is as follows. The measured value L of the heat radiation intensity decreases due to the clouding of the light transmission window 2a, and the radiation thermometer 10 outputs an apparent temperature T lower than the actual temperature Ta of the wafer W. Thereby, the control part 11 controls process temperature higher than desired temperature. As a result, the crystallinity of the thin film formed on the wafer W deteriorates. In the chamber PM1, since the processing temperature is controlled to be high at the outer peripheral portion of the wafer W, its crystallinity is deteriorated.

これに対し、本実施形態による成膜装置1は、ウェハWの実温度Taを精度良く測定し、その測定温度に基づいてウェハWの処理温度を制御する。これにより、成膜装置1は、温度による結晶性の劣化を抑制し、良質な薄膜を形成することができる。   In contrast, the film forming apparatus 1 according to the present embodiment accurately measures the actual temperature Ta of the wafer W, and controls the processing temperature of the wafer W based on the measured temperature. Thereby, the film-forming apparatus 1 can suppress the deterioration of crystallinity due to temperature and can form a high-quality thin film.

以上のように、本実施形態による成膜装置1は、光透過窓2aにくもりが生じた場合であっても、ウェハWの初期反射光強度に基づいて光透過窓2aの透過率Trを算出し、放射率εまたは測定温度Tを補正することができる。これにより、成膜装置1は、所望の膜厚または膜質の膜を形成することができ、光透過窓2aのメンテナンスをする頻度が減少し、成膜工程のスループットおよび半導体装置の生産性を向上させることができる。   As described above, the film forming apparatus 1 according to the present embodiment calculates the transmittance Tr of the light transmission window 2a based on the initial reflected light intensity of the wafer W even when the light transmission window 2a is clouded. Then, the emissivity ε or the measurement temperature T can be corrected. As a result, the film forming apparatus 1 can form a film having a desired film thickness or quality, and the frequency of maintenance of the light transmission window 2a is reduced, improving the throughput of the film forming process and the productivity of the semiconductor device. Can be made.

なお、光透過窓2aの第1初期透反射光強度を、光透過窓2aを交換するたびに測定する理由は、窓部材の個体差の影響を排除するためである。光透過窓2aに用いられる窓部材は精度よく加工された光学部品であるが、加工寸法、表面仕上げ、取り付け作業などの誤差のために、窓部材を交換する際に窓部材の交換によって温度測定の誤差を生じさせない程度の光透過率の再現性を得ることは難しい。一方、窓部材の取り付け後は上記に挙げた誤差は発生しないため、窓部材の交換直後に測定した第1初期反射光強度を基準として初期反射光強度を評価することで、光透過窓2aのくもりによる影響を正確に評価することができる。もし、上記の誤差が無視できるような窓部材および取り付けの再現性が得られるようであれば、光透過窓2aの交換直後の第1初期反射光強度の測定は不要である。   The reason why the first initial transmitted light intensity of the light transmission window 2a is measured every time the light transmission window 2a is replaced is to eliminate the influence of individual differences in window members. The window member used for the light transmission window 2a is an optical component processed with high precision, but due to errors in processing dimensions, surface finishing, installation work, etc., temperature measurement is performed by replacing the window member when replacing the window member. It is difficult to obtain a light transmittance reproducibility that does not cause the above error. On the other hand, since the above-mentioned errors do not occur after the window member is attached, by evaluating the initial reflected light intensity based on the first initial reflected light intensity measured immediately after the replacement of the window member, the light transmitting window 2a It is possible to accurately evaluate the effects of cloudy weather. If the reproducibility of the window member and the mounting so that the above error can be ignored is obtained, the measurement of the first initial reflected light intensity immediately after the replacement of the light transmission window 2a is unnecessary.

なお、ごく稀に光学部材の表面に堆積物が生じることにより、光学部材の光透過率が増大する場合がある。これは堆積物の影響により光学部材の表面の反射率が低下することによる。このような場合ではTr>1とはなるが、これまで述べてきた温度の補正を全く同様に行うことができる。   In addition, the light transmittance of an optical member may increase by depositing on the surface of an optical member very rarely. This is because the reflectance of the surface of the optical member is lowered due to the influence of the deposit. In such a case, Tr> 1, but the temperature correction described so far can be performed in exactly the same way.

なお、式2では放射率εが変化することについては考慮されていない。物質の放射率は温度により変化する。あるいは物質の表面に異なる物質の薄膜を成膜した場合の放射率は上記の成膜した薄膜の光学的な干渉効果により変化する。その場合でも、式1の反射率と放射率との関係は成立する。このため、ウェハWの反射率を測定して、任意の温度あるいは成膜による光学的な干渉効果がある場合でもウェハWの放射率を測定することができる。こうして測定された放射率を式2に用いることで、温度が変化した場合、あるいはウェハWの表面に薄膜が形成された場合でも、正確に温度を評価することができる。このように反射率を測定しながら温度変化や成膜処理を行うことによって放射率の変化を補正する方法は、放射率補正パイロメトリ―(ECP(Emissivity Correcting Pyrometry))として知られている。ECPと本実施形態の初期反射光強度を測定する方法とを組み合わせることで、薄膜の成膜中の温度を放射率が変化しないとして計算するよりも正確に評価できる。 また、測定対象の反射率を測定しない通常の放射温度計においては、放射温度計の光学特性を調整することでウェハW上に薄膜を成膜することによる干渉効果の低減することができる場合がある。上記の調整方法は具体的には放射温度計が測定する熱輻射光の測定波長範囲を調整することである。好適には、上記の測定波長範囲を、波長範囲の中心値に対して5%以上とすることである。例えば、放射温度計の熱輻射光の測定波長の中心が1μmである場合、測定波長範囲を975nm以上、1025nm以下の範囲とする。さらに好ましい測定波長範囲は波長範囲の中心波長の10%以上、最も好ましくは20%以上である。このように測定波長範囲を設定することで、測定波長の中心値程度以上の膜厚の薄膜を成膜する場合に干渉効果を効率的に低下でき、通常の放射温度計でも精度の良い温度測定が可能になる。   Note that the change in emissivity ε is not taken into consideration in Equation 2. The emissivity of a substance changes with temperature. Alternatively, the emissivity when a thin film of a different material is formed on the surface of the material changes due to the optical interference effect of the formed thin film. Even in that case, the relationship between the reflectance and the emissivity in Equation 1 holds. Therefore, the reflectivity of the wafer W can be measured, and the emissivity of the wafer W can be measured even when there is an optical interference effect due to any temperature or film formation. By using the emissivity thus measured in Equation 2, even when the temperature changes or when a thin film is formed on the surface of the wafer W, the temperature can be accurately evaluated. The method of correcting the change in emissivity by performing the temperature change or the film forming process while measuring the reflectivity in this manner is known as emissivity correction pyrometry (ECP (Emissivity Correcting Pyrometry)). By combining ECP and the method of measuring the initial reflected light intensity according to the present embodiment, the temperature during film formation can be evaluated more accurately than when the emissivity does not change. In addition, in a normal radiation thermometer that does not measure the reflectance of the measurement object, the interference effect due to the formation of a thin film on the wafer W may be reduced by adjusting the optical characteristics of the radiation thermometer. is there. Specifically, the above adjustment method is to adjust the measurement wavelength range of the heat radiation light measured by the radiation thermometer. Preferably, the measurement wavelength range is set to 5% or more with respect to the center value of the wavelength range. For example, when the center of the measurement wavelength of the thermal radiation light of the radiation thermometer is 1 μm, the measurement wavelength range is set to a range of 975 nm or more and 1025 nm or less. A more preferable measurement wavelength range is 10% or more, most preferably 20% or more of the center wavelength of the wavelength range. By setting the measurement wavelength range in this way, the interference effect can be effectively reduced when forming a thin film with a film thickness greater than or equal to the center value of the measurement wavelength, and accurate temperature measurement is possible even with a normal radiation thermometer. Is possible.

(第2実施形態)
第1実施形態による成膜装置1は、ウェハWの初期反射光強度を測定し、放射率または測定温度を補正する。これに対し、第2実施形態による成膜装置1は、パラメータとしてウェハW上に形成される膜の成長速度を測定し、測定温度を補正する。成長速度とは、形成されている膜の厚みを薄膜の形成時間で割ったものであり、ナノメータ/分、ミクロン/時間など厚みを時間で割った単位で表される。成長速度は、ウェハWの温度または成膜温度と相関がある。成膜温度とは、ウェハWの温度である。この相関は、成膜温度が薄膜形成メカニズムに影響を及ぼすために生じる。具体的な成膜温度が影響を及ぼす薄膜形成メカニズムの素過程としては、例えば、原料の気相中での熱分解、ウェハに吸着した原料の熱脱離が挙げられる。
(Second Embodiment)
The film forming apparatus 1 according to the first embodiment measures the initial reflected light intensity of the wafer W and corrects the emissivity or the measurement temperature. In contrast, the film forming apparatus 1 according to the second embodiment measures the growth rate of a film formed on the wafer W as a parameter and corrects the measurement temperature. The growth rate is obtained by dividing the thickness of the formed film by the formation time of the thin film, and is expressed in units obtained by dividing the thickness by time, such as nanometers / minute and microns / hour. The growth rate correlates with the temperature of the wafer W or the film formation temperature. The film forming temperature is the temperature of the wafer W. This correlation occurs because the film formation temperature affects the thin film formation mechanism. Examples of the elementary process of the thin film formation mechanism that the specific film forming temperature affects include thermal decomposition of the raw material in the gas phase and thermal desorption of the raw material adsorbed on the wafer.

MOCVDなどの熱分解性の原料を用いた薄膜形成においては、成膜温度が低温の場合、原料の分解が起きず、薄膜は成長しない。成膜温度がある程度以上になると原料が分解するようになり、温度の上昇とともに成膜速度も増加する。さらに成膜温度が高くなると、原料の気相中での熱分解が顕著になり、原料がウェハに到達することができなくなる。
この場合、成膜温度の上昇とともに成膜速度は低下する。また、薄膜が形成される表面に吸着した原料は、成膜温度が高いと再び気相中へと脱離し、実質的な成長速度が低下することになる。良い膜質の薄膜を得るためには成膜温度を高くするのが一般的である。このような温度領域では、通常成膜温度が高くなると成膜速度が低下する。成膜装置1は、このような成膜温度と成長速度との間の相関を用いることにより、成長速度を測定し、ウェハWの正確な温度を測定する。
In thin film formation using a thermally decomposable raw material such as MOCVD, when the film forming temperature is low, the raw material does not decompose and the thin film does not grow. When the film formation temperature exceeds a certain level, the raw material starts to decompose, and the film formation rate increases with the temperature rise. When the film forming temperature is further increased, thermal decomposition of the raw material in the gas phase becomes remarkable, and the raw material cannot reach the wafer.
In this case, the film formation rate decreases as the film formation temperature increases. Further, the raw material adsorbed on the surface on which the thin film is formed is desorbed again into the gas phase when the film forming temperature is high, and the substantial growth rate is reduced. In order to obtain a thin film with good film quality, it is common to increase the film forming temperature. In such a temperature range, the film formation rate decreases as the film formation temperature increases. The film forming apparatus 1 measures the growth rate by using the correlation between the film forming temperature and the growth rate, and measures the exact temperature of the wafer W.

成膜装置1は、光学モニタ12により測定される反射光強度を用いて成長速度を測定する。第2実施形態による成膜装置1の構成は第1実施形態による成膜装置1の構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。   The film forming apparatus 1 measures the growth rate using the reflected light intensity measured by the optical monitor 12. Since the configuration of the film forming apparatus 1 according to the second embodiment is the same as that of the film forming apparatus 1 according to the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted.

成長速度は、光の反射率の経時変化をモニタすることによって、その場で検出することができる。この方法では、成膜装置の壁面に設けられた光学窓を介して基板に光を照射し、ある特定の波長の光の反射率を成膜プロセス中に計測する。基板の表面が鏡面状である場合、基板上に形成される薄膜に照射される光は、薄膜の表面での反射光と、基板と薄膜との界面での反射光との干渉効果によって、観測される反射率が薄膜の膜厚に対して周期的に変化する。即ち、反射率は薄膜の膜厚の周期関数になる。従って、薄膜の膜厚に対する反射率の変化の周期、反射率の最小値、最大値などの値から、形成される薄膜の光学定数や膜厚を計算することができ、また薄膜の成膜時間から成長速度を計算することができる。   The growth rate can be detected in situ by monitoring the change in light reflectance over time. In this method, the substrate is irradiated with light through an optical window provided on the wall surface of the film forming apparatus, and the reflectance of light having a specific wavelength is measured during the film forming process. When the surface of the substrate is mirror-like, the light applied to the thin film formed on the substrate is observed by the interference effect between the reflected light on the surface of the thin film and the reflected light at the interface between the substrate and the thin film. The reflected reflectance periodically changes with respect to the thickness of the thin film. That is, the reflectance is a periodic function of the film thickness. Therefore, the optical constant and film thickness of the thin film to be formed can be calculated from values such as the period of change in reflectivity with respect to the film thickness, the minimum value and the maximum value of the reflectivity, and the film formation time. The growth rate can be calculated from

図6は、AlNおよびAlGaNの成膜中における反射率の時間変化の測定値を示す図である。縦軸は反射率を示し、横軸は時間を示す。また、G0401およびG0446は、成膜処理の処理番号を示す。例えば、成膜装置1は、処理G0401を実行し、その後、成膜処理を44回繰り返し、次に、処理G0446を実行する。尚、第2実施形態による成膜装置1は、ウェハW上への種々の膜の成膜に利用できるが、以下、例えば、シリコンウェハW上にAlN、GaN、AlGaNまたはInGaNを成膜する場合を説明する。   FIG. 6 is a diagram showing measured values of the temporal change in reflectance during the deposition of AlN and AlGaN. The vertical axis represents reflectance, and the horizontal axis represents time. G0401 and G0446 indicate process numbers of the film forming process. For example, the film forming apparatus 1 executes the process G0401, then repeats the film forming process 44 times, and then executes the process G0446. The film forming apparatus 1 according to the second embodiment can be used for forming various films on the wafer W. Hereinafter, for example, when depositing AlN, GaN, AlGaN, or InGaN on the silicon wafer W, Will be explained.

ここで、図6を参照すると、処理G0446におけるウェハWの反射率の時間変化の周期が、処理G0401におけるウェハWの反射率の時間変化の周期よりも長くなっている。上記のように、反射率は薄膜の膜厚の周期関数になるため、周期が長くなることは薄膜の成長速度が低下することを示す。例えば、処理G0401、G0446における反射率は、薄膜AlN−1およびAlN−2の成膜においてほぼ同じ周期で変化している。即ち、処理G0401、G0446において、薄膜AlN−1およびAlN−2は、ほぼ同じ速度で成長している。しかし、薄膜AlGaN−1およびAlGaN−2の成膜において、処理G0446の反射率は、処理G0401の反射率よりも遅延して変化している。即ち、薄膜AlGaN−1およびAlGaN−2の成膜において、処理G0446の成長速度は、処理G0401のそれよりも低下している。このように、処理G0446の成長速度は処理G0401の成長速度よりも遅く、処理G0446の成膜温度は処理G0401の成膜温度よりも高いことを示す。   Here, referring to FIG. 6, the period of time change of the reflectance of the wafer W in the process G0446 is longer than the period of time change of the reflectance of the wafer W in the process G0401. As described above, the reflectance is a periodic function of the film thickness of the thin film, so that a longer period indicates that the growth rate of the thin film is reduced. For example, the reflectivities in the processes G0401 and G0446 change with substantially the same period in the deposition of the thin films AlN-1 and AlN-2. That is, in the processes G0401 and G0446, the thin films AlN-1 and AlN-2 are grown at substantially the same speed. However, in the formation of the thin films AlGaN-1 and AlGaN-2, the reflectance of the process G0446 changes with a delay from the reflectance of the process G0401. In other words, in the formation of the thin films AlGaN-1 and AlGaN-2, the growth rate of the process G0446 is lower than that of the process G0401. Thus, the growth rate of the process G0446 is slower than the growth rate of the process G0401, and the film formation temperature of the process G0446 is higher than the film formation temperature of the process G0401.

光学モニタ12は、この反射率の時間変化を制御部11へ出力する。制御部11は、反射率の時間変化を用いて、成長速度を測定する。   The optical monitor 12 outputs the change in reflectance over time to the control unit 11. The control unit 11 measures the growth rate using the change in reflectance with time.

以下、反射率の膜厚依存性から、形成する膜の光学定数および成長速度を計算する方法を説明する。   Hereinafter, a method for calculating the optical constant and growth rate of the film to be formed from the film thickness dependence of the reflectance will be described.

光が基板に対して垂直に入射する場合、空気(屈折率=1)と基板上に成膜される薄膜(屈折率=n、吸収係数=0)表面での電界の反射率をrとすると、rは、以下の式8で表される。なお、以下本実施形態において、「空気」を「真空」、「気体」と読み替えてもよい。
=(1−n)/(1+n) (式8)
When light is incident perpendicular to the substrate, the reflectance of the electric field on the surface of air (refractive index = 1) and the thin film (refractive index = n, absorption coefficient = 0) formed on the substrate is represented by r 0 . Then, r 0 is expressed by the following formula 8. In the following embodiment, “air” may be read as “vacuum” or “gas”.
r 0 = (1−n) / (1 + n) (Formula 8)

式8で薄膜が光を吸収する場合には、屈折率nを複素屈折率=n+ik(kは吸収係数)に置き換えればよい。なお、式8中、iは虚数単位である(以下、同様)。   When the thin film absorbs light in Equation 8, the refractive index n may be replaced with the complex refractive index = n + ik (k is an absorption coefficient). In Expression 8, i is an imaginary unit (hereinafter the same).

薄膜と基板の界面での反射率rは、基板の吸収係数kと、基板の屈折率nを用いると、以下の式9で表される。
=(n−ik−n)/(n+ik+n) (式9)
The reflectivity r 1 at the interface between the thin film and the substrate is expressed by the following Equation 9 using the absorption coefficient k s of the substrate and the refractive index n s of the substrate.
r 1 = (n−ik s −n s ) / (n + ik s + n s ) (Formula 9)

実際の薄膜からの反射光は、空気と薄膜との界面での反射光と、空気と薄膜との界面を透過した後、薄膜の基板側の界面と空気側の界面の間をp回(pは1以上の整数)往復した後、薄膜と空気との界面を透過して空気側へ戻る光のすべてを足し合わせたものになる。また、光が薄膜の内部を通過する際に、位相が変化するため、この位相の変化も考慮に入れると、反射光の電界Erは、以下の式10で表される。
r=E00+E0(1−r0 2)r1・exp(i2φ){1−r10・exp(i2φ)
+(−r10)2exp(i4φ)+…}
=E00+E0(1−r0 2)r1・exp(i2φ)/{1+r10・exp(i2φ)}
=E0{r0+r1・exp(i2φ)}/{1+r10・exp(i2φ)} (式10)
Reflected light from the actual thin film passes through the reflected light at the interface between the air and the thin film and the interface between the air and the thin film, and then passes p times (p Is the sum of all the light that passes through the interface between the thin film and air and returns to the air after reciprocating. Further, since the phase changes when the light passes through the thin film, the electric field Er of the reflected light is expressed by the following Expression 10 when the change in the phase is taken into consideration.
E r = E 0 r 0 + E 0 (1-r 0 2) r 1 · exp (i2φ) {1-r 1 r 0 · exp (i2φ)
+ (− R 1 r 0 ) 2exp (i4φ) +.
= E 0 r 0 + E 0 (1-r 0 2) r 1 · exp (i2φ) / {1 + r 1 r 0 · exp (i2φ)}
= E 0 {r 0 + r 1 · exp (i2φ)} / {1 + r 1 r 0 · exp (i2φ)} (Formula 10)

式10におけるE0は、薄膜に照射される光の電界である。よって、薄膜の電界反射率rは、以下の式11で表される。
r=Er/E0={r0+r1・exp(i2φ)}/{1+r10・exp(i2φ)} (式11)
E 0 in Equation 10 is an electric field of light irradiated on the thin film. Therefore, the electric field reflectivity r of the thin film is expressed by the following formula 11.
r = E r / E 0 = {r 0 + r 1 · exp (i2φ)} / {1 + r 1 r 0 · exp (i2φ)} (Formula 11)

ここで、薄膜の内部を光が1往復する際に生じる位相差(以下、位相という)φは、薄膜の屈折率n、薄膜の膜厚d、光の波長λを用いると、以下の式12で表される。
φ=2πnd/λ (式12)
Here, a phase difference (hereinafter referred to as a phase) φ generated when light travels back and forth within the thin film is expressed by the following equation 12 using the refractive index n of the thin film, the film thickness d of the thin film, and the wavelength λ of the light. It is represented by
φ = 2πnd / λ (Formula 12)

式12に示すように、位相φは、膜厚dに比例し、膜厚dが増えるにつれて線形に増加する。観測される光の反射率(エネルギー反射率)は電場の反射率の振幅の2乗に比例する。つまり、電場の反射率およびエネルギー反射率は膜厚の周期関数になる。逆に、薄膜の膜厚が成長時間に比例すると仮定すると、反射率の時間変化から式8および式9を通して式11に使われるn、n、k、成長速度(d/時間)を求めることができる。 As shown in Equation 12, the phase φ is proportional to the film thickness d and increases linearly as the film thickness d increases. The reflectivity (energy reflectivity) of the observed light is proportional to the square of the amplitude of the reflectivity of the electric field. That is, the electric field reflectivity and energy reflectivity are periodic functions of film thickness. Conversely, assuming that the thickness of the thin film is proportional to the growth time, n, n s , k s , and the growth rate (d / hour) used in Equation 11 are obtained from Equation 8 and Equation 9 from the change in reflectance over time. be able to.

このような方法を用いることによって、制御部11は、反射率の時間変化から成長速度を測定することができる。   By using such a method, the control unit 11 can measure the growth rate from the change in reflectance with time.

尚、制御部11は、上記の成長速度の演算方法の代わりに、反射率の時間変化において、あるピークから次のピークまでの1波長の時間を用いて成長速度を測定しても良い。この場合、上記の方法よりも成長速度の精度は低下するが、制御部11はより簡易に成長速度を測定することができる。   Note that the control unit 11 may measure the growth rate using a time of one wavelength from a certain peak to the next peak in the change in reflectance over time, instead of the above growth rate calculation method. In this case, although the accuracy of the growth rate is lower than that of the above method, the control unit 11 can more easily measure the growth rate.

図7は、成膜処理の回数に対するGaNの成長速度比の測定値を示す図である。横軸は成膜処理の回数(処理番号)を示し、縦軸は成長速度比を示す。   FIG. 7 is a diagram showing measured values of the growth rate ratio of GaN with respect to the number of film forming processes. The horizontal axis indicates the number of film forming processes (process number), and the vertical axis indicates the growth rate ratio.

成長速度比は、或る成膜処理(第1成膜処理)において新しい(交換直後の)光透過窓2aを介して測定された第1成長速度Gr1と、第1成膜処理以降の第2成膜処理において光透過窓2aを介して測定された第2成長速度Gr2との比率(Gr2/Gr1)である。尚、最初の成膜処理時には、成長速度比は、第1成長速度Gr1と第1成長速度Gr1との比率(Gr1/Gr1=1)となる。図7に示す例では、処理G0401が最初の成膜処理となり、このときの成長速度比を1とする。   The growth rate ratio is the first growth rate Gr1 measured through a new (immediately after replacement) light transmission window 2a in a certain film formation process (first film formation process) and the second growth rate after the first film formation process. It is a ratio (Gr2 / Gr1) to the second growth rate Gr2 measured through the light transmission window 2a in the film forming process. In the first film formation process, the growth rate ratio is the ratio between the first growth rate Gr1 and the first growth rate Gr1 (Gr1 / Gr1 = 1). In the example shown in FIG. 7, the process G0401 is the first film formation process, and the growth rate ratio at this time is 1.

第1成長速度Gr1は、1回目の成膜処理の実行時に測定された成長速度である。即ち、第1成長速度Gr1は、1回目のウェハWの成膜処理の実行時に測定された反射光強度を用いて算出された成長速度である。第2成長速度Gr2は、2回目以降の任意の成膜処理の実行時に測定された反射光強度を用いて算出された成長速度である。即ち、第2成長速度Gr2は、2回目以降のウェハWの成膜処理の実行時に測定された成長速度である。
尚、第1成長速度Gr1は、光透過窓2aのくもりが無ければ、数回の成膜処理を実行した後の成膜処理において測定されてもよい。この場合、第2成長速度Gr2は、第1成長速度Gr1以降の任意の成膜処理の実行時に測定される。また、第1および第2成長速度Gr1、Gr2は、薄膜AlN−1、AlN−2、AlGaN−1、AlGaN−2の全てにおいてそれぞれ測定されてもよく、あるいは、それらのいずれかについて測定されてもよい。ただし、成長速度比を比較する薄膜は、同じであることが好ましい。
The first growth rate Gr1 is a growth rate measured when the first film formation process is performed. That is, the first growth rate Gr1 is a growth rate calculated using the reflected light intensity measured at the time of performing the first wafer W film formation process. The second growth rate Gr2 is a growth rate calculated using the reflected light intensity measured at the time of execution of an arbitrary film forming process after the second time. That is, the second growth rate Gr2 is a growth rate measured at the time of performing the second and subsequent wafer W film forming processes.
It should be noted that the first growth rate Gr1 may be measured in the film forming process after several film forming processes are performed if the light transmission window 2a is not clouded. In this case, the second growth rate Gr2 is measured when an arbitrary film forming process after the first growth rate Gr1 is executed. In addition, the first and second growth rates Gr1 and Gr2 may be measured for each of the thin films AlN-1, AlN-2, AlGaN-1, and AlGaN-2, or may be measured for any one of them. Also good. However, the thin films with which the growth rate ratios are compared are preferably the same.

最初の成膜処理G0401のとき、成長速度比は、第1成長速度Gr1と第1成長速度Gr1との比率(Gr1/Gr1=1)を示している。成膜処理回数が1以上のとき、成長速度比(Gr2/Gr1)は、成膜処理回数が増大するにつれて、低下する傾向がある。例えば、処理G0446において、成長速度比(Gr2/Gr1)は、0.99以下となる。これは、処理G0446において、光透過窓2aにくもりが生じ、それによりGaNの成膜温度が上昇したためである。制御部11は、この成長速度比を用いて成膜温度を補正する。   In the first film forming process G0401, the growth rate ratio indicates the ratio (Gr1 / Gr1 = 1) between the first growth rate Gr1 and the first growth rate Gr1. When the number of film formation processes is 1 or more, the growth rate ratio (Gr2 / Gr1) tends to decrease as the number of film formation processes increases. For example, in the process G0446, the growth rate ratio (Gr2 / Gr1) is 0.99 or less. This is because, in the process G0446, clouding occurs in the light transmission window 2a, thereby increasing the film formation temperature of GaN. The controller 11 corrects the film forming temperature using this growth rate ratio.

例えば、図7に示すように、G0446の成長速度比は、G0401から約1%低下した約99%(約0.99)である。本実施形態の例では経験的に、見かけの温度1000℃において成長速度比が1%低下している場合、実温度は1002℃〜1003℃程であることが分かっている。実際には、成長速度の温度依存性は成膜条件、成膜装置などに依存するため、実際の成膜に即して、成膜速度の温度依存性のデータをあらかじめ取得しておく必要がある。制御部11は、このような成長速度および成膜温度の経験的な相関を関係式として格納する。従って、制御部11は、成長速度比の低下から温度の誤差を算出し、この温度の誤差を用いて放射温度計10から得られた測定温度(見かけの温度T)を正確な成膜温度(実温度Ta)に補正する。これにより、制御部11は、正確な実温度Taを用いてヒータ7を制御することができる。   For example, as shown in FIG. 7, the growth rate ratio of G0446 is about 99% (about 0.99), which is about 1% lower than that of G0401. In the example of this embodiment, it is empirically found that when the growth rate ratio is reduced by 1% at an apparent temperature of 1000 ° C., the actual temperature is about 1002 ° C. to 1003 ° C. Actually, the temperature dependence of the growth rate depends on the deposition conditions, deposition equipment, etc., so it is necessary to acquire data on the temperature dependence of the deposition rate in advance according to the actual deposition. is there. The controller 11 stores such an empirical correlation between the growth rate and the film formation temperature as a relational expression. Therefore, the control unit 11 calculates a temperature error from the decrease in the growth rate ratio, and uses the temperature error to calculate the measured temperature (apparent temperature T) obtained from the radiation thermometer 10 with an accurate film formation temperature ( Correct to actual temperature Ta). Thereby, the control part 11 can control the heater 7 using the exact actual temperature Ta.

次に、第2実施形態による成膜装置1の動作を説明する。   Next, the operation of the film forming apparatus 1 according to the second embodiment will be described.

図8は、第2実施形態による成膜装置1の動作を示すフロー図である。まず、光学モニタ12は、第1成膜処理としての最初の成膜処理時に、反射率の時間変化を測定する。最初の成膜処理は、例えば、光透過窓2aの交換後の1回目のウェハWの成膜処理である。
光学モニタ12は、測定した反射率の時間変化を制御部11へ出力する。制御部11は、最初の成膜処理の第1成長速度Gr1を算出する(S11)。制御部11は、第1成長速度Gr1を内部メモリ(図示せず)に格納する。最初の成膜処理では、光透過窓2aにはくもりが無く、光透過窓2aの透過率Trは1であるものとする。従って、制御部11は、放射温度計10からの見かけの温度Tを実質的に補正せずに出力する。
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the film forming apparatus 1 according to the second embodiment. First, the optical monitor 12 measures the change in reflectance over time during the first film formation process as the first film formation process. The first film forming process is, for example, the first film forming process of the wafer W after the replacement of the light transmission window 2a.
The optical monitor 12 outputs the measured change in reflectance over time to the control unit 11. The controller 11 calculates the first growth rate Gr1 of the first film formation process (S11). The control unit 11 stores the first growth rate Gr1 in an internal memory (not shown). In the first film formation process, it is assumed that the light transmission window 2a is not cloudy and the transmittance Tr of the light transmission window 2a is 1. Therefore, the control unit 11 outputs the apparent temperature T from the radiation thermometer 10 without substantially correcting it.

最初の成膜処理の終了後、成膜装置1は、成膜処理後のウェハWを搬出し、次に成膜処理を実行する2回目のウェハWを搬入する(S21)。次に、光学モニタ12は、2回目の成膜処理における薄膜の反射率の時間変化を測定する。制御部11は、2回目の成膜処理について第2成長速度Gr2を測定する(S31)。次に、制御部11は、成長速度比(Gr2/Gr1)を演算する(S41)。さらに、制御部11は、成長速度比から成膜温度の誤差を演算することにより、放射温度計10からの見かけの温度Tを実温度Taに補正する(S51)。制御部11は、補正された実温度Taに基づいて、ヒータ7を制御する。   After the completion of the first film forming process, the film forming apparatus 1 unloads the wafer W after the film forming process, and then loads the second wafer W for executing the film forming process (S21). Next, the optical monitor 12 measures the temporal change in the reflectance of the thin film in the second film formation process. The controller 11 measures the second growth rate Gr2 for the second film formation process (S31). Next, the controller 11 calculates a growth rate ratio (Gr2 / Gr1) (S41). Further, the control unit 11 corrects the apparent temperature T from the radiation thermometer 10 to the actual temperature Ta by calculating an error of the film forming temperature from the growth rate ratio (S51). The control unit 11 controls the heater 7 based on the corrected actual temperature Ta.

3回目以降の成膜処理についても、2回目の成膜処理と同様に実行する。3回目以降の成膜処理時に測定した成長速度も便宜的に第2成長速度Gr2と呼ぶ。即ち、各成膜処理の終了後、成膜装置1は、成膜処理後のウェハWを搬出し、次に成膜処理を実行するウェハWを搬入する(S21)。光学モニタ12は、各成膜処理において、第2成長速度Gr2を測定する(S31)。光学モニタ12は、各成膜処理において測定した第2成長速度Gr2を制御部11へ出力する。制御部11は、3回目以降の成膜処理における第2成長速度Gr2も内部メモリに格納する。次に、放射温度計10は、第1成長速度Gr1に対する第2成長速度Gr2の比(成長速度比=Gr2/Gr1)を演算する(S41)。さらに、制御部11は、成長速度比から成膜温度の誤差を演算することにより、放射温度計10からの見かけの温度Tを実温度Taに補正する(S51)。制御部11は、補正された実温度Taに基づいて、ヒータ7を制御する。   The third and subsequent film forming processes are executed in the same manner as the second film forming process. The growth rate measured during the third and subsequent film formation processes is also referred to as a second growth rate Gr2 for convenience. That is, after completion of each film forming process, the film forming apparatus 1 unloads the wafer W after the film forming process, and then loads the wafer W to be subjected to the film forming process (S21). The optical monitor 12 measures the second growth rate Gr2 in each film forming process (S31). The optical monitor 12 outputs the second growth rate Gr2 measured in each film forming process to the control unit 11. The controller 11 also stores the second growth rate Gr2 in the third and subsequent film formation processes in the internal memory. Next, the radiation thermometer 10 calculates the ratio of the second growth rate Gr2 to the first growth rate Gr1 (growth rate ratio = Gr2 / Gr1) (S41). Further, the control unit 11 corrects the apparent temperature T from the radiation thermometer 10 to the actual temperature Ta by calculating an error of the film forming temperature from the growth rate ratio (S51). The control unit 11 controls the heater 7 based on the corrected actual temperature Ta.

制御部11は、成長速度比に基づいて、光透過窓2aのくもりに問題があることをユーザに警告してもよい。例えば、制御部11は、成長速度比が所定値以下になったか否かを判断する(S61)。成膜回数が少なく、成長速度比が所定値よりも大きい場合(S61のNO)、成膜装置1は、成膜終了後に再びS21〜S51のステップを行う。一方、成長速度比が所定値以下になった場合(S61のYES)、成膜装置1は、成膜終了後に、光透過窓2aのくもりに問題があることをユーザに通知する(S71)。ユーザへの通知は、図示しないモニタへ出力したり、あるいは、図示しないスピーカで警報音を鳴らしてもよい。   The control unit 11 may warn the user that there is a problem with the clouding of the light transmission window 2a based on the growth rate ratio. For example, the control unit 11 determines whether or not the growth rate ratio has become a predetermined value or less (S61). When the number of film formation is small and the growth rate ratio is larger than the predetermined value (NO in S61), the film formation apparatus 1 performs steps S21 to S51 again after the film formation is completed. On the other hand, when the growth rate ratio is equal to or less than the predetermined value (YES in S61), the film forming apparatus 1 notifies the user that there is a problem with the clouding of the light transmission window 2a after the film formation ends (S71). The notification to the user may be output to a monitor (not shown) or an alarm sound may be sounded by a speaker (not shown).

このように、第2実施形態による成膜装置1は、薄膜の成長速度を測定し、成長速度比を演算することにより、放射温度計10からの測定温度を補正する。これにより、第2実施形態による成膜装置1は、第1実施形態による成膜装置1と同様の効果を得ることができる。   As described above, the film forming apparatus 1 according to the second embodiment corrects the measurement temperature from the radiation thermometer 10 by measuring the growth rate of the thin film and calculating the growth rate ratio. Thereby, the film-forming apparatus 1 by 2nd Embodiment can acquire the effect similar to the film-forming apparatus 1 by 1st Embodiment.

なお、本実施形態では、透過窓交換後に第1の成長速度を測定するステップS11を含む例を示したが、それ以前に標準となる成長速度が測定されている場合には、このステップS11を省略してもよい場合がある。これは、温度が薄膜の屈折率に大きく影響しない場合、光透過窓のくもりは成長速度の精度に大きな影響を及ぼさないためである。具体的に成膜温度が成膜する材料の屈折率に大きな影響を及ぼさない条件としては、1元素、あるいは化学量論比が成長速度に大きく依存せず、かつ、不純物濃度など屈折率に影響を及ぼす性質が温度に大きく依存しない場合である。具体的には、シリコンやゲルマニウムなどの1元素系材料、あるいは窒化ガリウム(GaN)や窒化アルミニウム(AlN)などの2元素系の材料で、十分高温で成膜される場合などが挙げられる。   In the present embodiment, an example including step S11 for measuring the first growth rate after replacing the transmission window is shown. However, if a standard growth rate is measured before that, step S11 is performed. May be omitted. This is because the cloud of the light transmission window does not significantly affect the accuracy of the growth rate when the temperature does not significantly affect the refractive index of the thin film. Specifically, the deposition temperature does not greatly affect the refractive index of the material to be deposited. One element or the stoichiometric ratio does not greatly depend on the growth rate, and the refractive index such as impurity concentration is affected. This is a case where the property that affects the temperature does not greatly depend on the temperature. Specifically, a case where a film is formed at a sufficiently high temperature using a one-element material such as silicon or germanium or a two-element material such as gallium nitride (GaN) or aluminum nitride (AlN) can be given.

また、第1実施形態と同様に、ECPや、同様の放射温度計の光学特性の調整により、温度測定に際して薄膜を成膜することによる干渉効果の低減を図ることができる。   Similarly to the first embodiment, by adjusting the optical characteristics of ECP and the same radiation thermometer, it is possible to reduce the interference effect by forming a thin film during temperature measurement.

(第3実施形態)
第2実施形態による成膜装置1は、ウェハWへの成膜中に薄膜の結晶の成長速度を測定し、測定温度を補正する。これに対し、第3実施形態による成膜装置1は、パラメータとしてウェハWへの成膜中に薄膜の屈折率を測定し、測定温度を補正する。薄膜の屈折率は、ウェハWの温度または成膜温度と相関がある。
(Third embodiment)
The film forming apparatus 1 according to the second embodiment measures the growth rate of the thin film crystal during film formation on the wafer W and corrects the measurement temperature. In contrast, the film forming apparatus 1 according to the third embodiment measures the refractive index of the thin film during the film formation on the wafer W as a parameter, and corrects the measurement temperature. The refractive index of the thin film has a correlation with the temperature of the wafer W or the film formation temperature.

例えば、InGaNやAlGaNのような混晶化合物においては、成膜温度により混晶の組成比が変わり、これに応じて屈折率が変化する。   For example, in a mixed crystal compound such as InGaN or AlGaN, the composition ratio of the mixed crystal changes depending on the film forming temperature, and the refractive index changes accordingly.

成膜装置1は、光学モニタ12により測定される反射光強度を用いて薄膜の屈折率を測定する。第2実施形態による成膜装置1の構成は第1実施形態による成膜装置1の構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。   The film forming apparatus 1 measures the refractive index of the thin film using the reflected light intensity measured by the optical monitor 12. Since the configuration of the film forming apparatus 1 according to the second embodiment is the same as that of the film forming apparatus 1 according to the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted.

薄膜の屈折率は、第2実施形態において算出された屈折率nを用いればよい。薄膜の屈折率nは、成膜速度と同様に、成膜温度と相関関係を有し、経験的な関係式として表される。制御部11は、このような屈折率nと成膜温度との関係式を格納する。制御部11は、第2実施形態の成長速度比の代わりに屈折率比を求め、屈折率比の変化から温度の誤差を算出する。制御部11は、この温度の誤差を用いて放射温度計10から得られた測定温度(見かけの温度T)を正確な成膜温度(実温度Ta)に補正する。これにより、制御部11は、正確な実温度Taを用いてヒータ7を制御することができる。   The refractive index n calculated in the second embodiment may be used as the refractive index of the thin film. The refractive index n of the thin film has a correlation with the film forming temperature as well as the film forming speed, and is expressed as an empirical relational expression. The controller 11 stores a relational expression between the refractive index n and the film formation temperature. The control unit 11 calculates a refractive index ratio instead of the growth rate ratio of the second embodiment, and calculates a temperature error from the change in the refractive index ratio. The controller 11 corrects the measured temperature (apparent temperature T) obtained from the radiation thermometer 10 to an accurate film formation temperature (actual temperature Ta) using the temperature error. Thereby, the control part 11 can control the heater 7 using the exact actual temperature Ta.

また、第1実施形態と同様に、ECPや、同様の放射温度計の光学特性の調整により、温度測定に際して、薄膜を成膜することによる干渉効果の低減を図ることができる。   Similarly to the first embodiment, by adjusting the optical characteristics of ECP and the same radiation thermometer, it is possible to reduce the interference effect by forming a thin film during temperature measurement.

第1〜第3実施形態は、任意に組み合わせてもよい。この場合、ヒータ7の制御に用いる補正された測定温度は、第1〜第3実施形態で得られた測定温度のいずれかを優先的に用いてもよく、あるいは、平均値を用いてもよい。   The first to third embodiments may be arbitrarily combined. In this case, the corrected measured temperature used for controlling the heater 7 may preferentially use one of the measured temperatures obtained in the first to third embodiments, or may use an average value. .

第1〜第3実施形態では、図1に示すような1枚のウェハWを処理する成長装置を例に説明したが、本発明はこれに限らず一度に多数枚のウェハWを処理する装置にも適用することができる。   In the first to third embodiments, the growth apparatus for processing one wafer W as shown in FIG. 1 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the apparatus for processing a large number of wafers W at one time. It can also be applied to.

本実施形態ではそれぞれの成長ごとに測定された温度と相関があるパラメータを各成長の温度制御にそのまま利用する方法について説明したが、上記の温度と相関があるパラメータについてはいくつかの異なる成長について測定されたものについて統計的な処理を施したものを利用してもよい。つまり、上記の温度と相関があるパラメータに測定誤差があり、各成長で測定した温度と相関があるパラメータをそのまま温度制御に用いるとかえって温度の制御が安定しない場合に、例えばある成長から過去の数ラン分の上記パラメータの平均値を取るなどして、ランごとの誤差の影響を抑えることができる。あるいは、温度と相関があるパラメータに対してある規格値を設け、温度と相関があるパラメータの値がこの規格値を超えた場合に、このパラメータを温度制御に反映させることもできる。例えば光透過窓2aのくもりが成長を重ねるに従い緩やかに進行する場合、温度と相関があるパラメータより算出される温度誤差が設定された規格値未満の場合には温度制御にはこのパラメータを反映させず、上記の温度誤差が上記の規格値以上になった成長ラン以降、予め求められた所定の補正値を用いて温度の制御を行うことができる。その後再び上記の温度誤差が上記の規格値未満の場合には継続して上記の所定の補正値を温度制御に用いる。   In the present embodiment, the method of using the parameter correlated with the temperature measured for each growth as it is for temperature control of each growth is explained. However, the parameter correlated with the above temperature is about several different growths. You may utilize what gave the statistical process about what was measured. In other words, if there is a measurement error in the parameter correlated with the above temperature, and the parameter correlated with the temperature measured in each growth is used as it is for temperature control, the temperature control is not stable. By taking the average value of the above parameters for several runs, the influence of errors for each run can be suppressed. Alternatively, a certain standard value is provided for a parameter having a correlation with temperature, and when the value of the parameter having a correlation with temperature exceeds the standard value, this parameter can be reflected in the temperature control. For example, when the cloud of the light transmission window 2a gradually progresses as it grows, if the temperature error calculated from the parameter correlated with the temperature is less than the set standard value, this parameter is reflected in the temperature control. First, after the growth run in which the temperature error is equal to or greater than the standard value, the temperature can be controlled using a predetermined correction value obtained in advance. Thereafter, when the temperature error is less than the standard value, the predetermined correction value is continuously used for temperature control.

上記のような統計的処理は成膜の内容に応じて適宜公知のものを用いることができる。   As the statistical processing as described above, a known one can be used as appropriate according to the contents of film formation.

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同様に、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ものである。   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 embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 成膜装置、2 チャンバ、2a 光透過窓、3 ガス供給部、3a ガス貯留部、3b ガス管、3c ガスバルブ、4 原料放出部、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 排気機構、10 放射温度計、11 制御部、12 光学モニタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming apparatus, 2 chamber, 2a light transmission window, 3 gas supply part, 3a gas storage part, 3b gas pipe, 3c gas valve, 4 raw material discharge | release part, 4a shower plate, 5 susceptor, 6 rotation part, 7 heater, 8 Gas exhaust section, 9 exhaust mechanism, 10 radiation thermometer, 11 control section, 12 optical monitor

Claims (9)

基板を収容し該基板ごとに成膜処理を行う成膜室と、
前記基板上にガスを供給するガス供給部と、
前記基板を加熱するヒータと、
前記成膜室に設けられた窓と、
前記窓を介して前記基板の温度を測定する放射温度計と、
前記基板の温度と相関のあるパラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記パラメータの初期値からの変動に基づいて前記基板の温度を補正する補正部と、
前記基板の温度、または補正された前記基板の温度に基づいて前記ヒータを制御する制御部と、
を備える成膜装置。
A film forming chamber for containing a substrate and performing a film forming process for each substrate;
A gas supply unit for supplying a gas onto the substrate;
A heater for heating the substrate;
A window provided in the film forming chamber;
A radiation thermometer for measuring the temperature of the substrate through the window;
A parameter acquisition unit for acquiring a parameter correlated with the temperature of the substrate;
A correction unit that corrects the temperature of the substrate based on a variation from an initial value of the parameter;
A controller that controls the heater based on the temperature of the substrate or the corrected temperature of the substrate;
A film forming apparatus comprising:
前記補正部は、放射率が温度または成膜された薄膜による光学的な干渉効果により変動することを考慮して、前記基板の温度を補正する、請求項1に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the correction unit corrects the temperature of the substrate in consideration of variation in emissivity due to temperature or an optical interference effect caused by a thin film formed. 前記補正部は、第1成膜処理前に前記パラメータとして取得された第1反射光強度と、前記第1成膜処理以降の第2成膜処理前に前記パラメータとして取得された第2反射光強度と、に基づいて前記基板の温度を補正する、請求項1または請求項2に記載の成膜装置。   The correction unit includes a first reflected light intensity acquired as the parameter before the first film forming process, and a second reflected light acquired as the parameter before the second film forming process after the first film forming process. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the temperature of the substrate is corrected based on the intensity. 前記成膜室の環境温度を測定する環境温度計をさらに備え、
前記補正部は、実質的に前記環境温度を同じにして測定される前記第1反射光強度と、前記第2反射光強度と、に基づいて前記基板の温度を補正する、請求項3に記載の成膜装置。
An environmental thermometer for measuring the environmental temperature of the film forming chamber;
The said correction | amendment part correct | amends the temperature of the said board | substrate based on the said 1st reflected light intensity measured by making the said environmental temperature substantially the same, and a said 2nd reflected light intensity. Film forming equipment.
前記補正部は、前記第1反射光強度と前記第2反射光強度との比に基づいて前記基板の温度を補正する、請求項3に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 3, wherein the correction unit corrects the temperature of the substrate based on a ratio between the first reflected light intensity and the second reflected light intensity. 前記補正部は、前記第1反射光強度と第2反射光強度との比に基づいて前記放射率を補正して補正放射率を算出し、前記熱輻射光強度と前記補正放射率とを用いて前記基板の温度を算出する、請求項3に記載の成膜装置。   The correction unit calculates a corrected emissivity by correcting the emissivity based on a ratio of the first reflected light intensity and the second reflected light intensity, and uses the thermal radiation light intensity and the corrected emissivity. The film forming apparatus according to claim 3, wherein the temperature of the substrate is calculated. 前記補正部は、前記パラメータとして取得された前記基板上に形成された所定の膜の成長速度に基づいて前記基板の温度を補正する、請求項1または請求項2に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the correction unit corrects the temperature of the substrate based on a growth rate of a predetermined film formed on the substrate acquired as the parameter. 前記補正部は、前記パラメータとして取得された前記基板に形成された所定の膜の屈折率に基づいて前記基板の温度を補正する、請求項1または請求項2に記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the correction unit corrects the temperature of the substrate based on a refractive index of a predetermined film formed on the substrate acquired as the parameter. 成膜室内に収容された基板をヒータにより所定の温度に加熱しながら、前記基板上にガスを供給する成膜方法であって、
前記成膜室に設けられた窓を介して前記基板の温度を測定し、
前記基板の温度と相関のあるパラメータを取得し、
前記パラメータの初期値からの変動に基づいて前記基板の温度を補正し、補正された前記基板の温度が所定の温度となるように前記ヒータを制御する、
成膜方法。
A film forming method for supplying gas onto the substrate while heating the substrate accommodated in the film forming chamber to a predetermined temperature with a heater,
Measuring the temperature of the substrate through a window provided in the deposition chamber;
Obtaining a parameter correlated with the temperature of the substrate;
Correcting the temperature of the substrate based on a variation from an initial value of the parameter, and controlling the heater so that the corrected temperature of the substrate becomes a predetermined temperature;
Film forming method.
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