JP2550179B2 - フィルム付着の自動実時間制御システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は基板上の層の付着、特に任意の屈折率曲線を
保持するフイルム付着のコンピュータ制御による実時間
監視及びフイードバック制御の新規なシステムに関す
る。

〔従来技術〕

各種光学システムでは望ましくない放射を取り除くと
同時に望ましい放射を効率的に伝達したり反射させたり
するフイルタが必要である。このようなフイルタの１つ
は反射多重層誘電体フイルタである。本願発明者に譲渡
された米国特許第4545646号明細書では回折光学素子の
ような光学構造を形成するのに有効な傾斜屈折率光学材
料を形成する工程が開示されている。この発明のある実
施例では手動操作によるガスフローが導入されており、
屈折率が連続した正弦波パターンで変化していく酸化物
フイルムが形成される。

従来の付着監視技術では付着フイルムの屈折率及び／
あるいは厚みを反射率計あるいは石英結晶モニタのよう
な各種装置を用いて実時間監視が行なわれ、オペレータ
が監視されたデータに応答して付着を手動で制御してい
る。

基板上に付着されたフイルムの厚みを監視する技術で
過去に導入されたあるものでは、個々の参照（証言）ウ
エハチップが導入されている。このチップはマガジンに
保存され、付着工定においてその工程を停止させ、使用
済みの参照チップを除去し、新しいチップを定位置に置
き、そして付着工程を再開させることによって個々に分
配される。個々の参照チップを用いた市販のシステムに
はダイン光学（カリフォルニア州、ラグナ・ヒルズ、23
055アルケイド・ドライブ）によって販売されている939
チップ交換装置がある。

付着工程を監視するのに個々のウエハチップを用いる
と扱いが難しくまた時間の消費が大きく、反復してチッ
プを扱うことによって付着計測エラーが生じてしまう。

さらに個々のウエハチップを導入した光学監視システ
ムは通常屈折率の均一な比較的厚い個々の層から成る多
重層フイルムを付着させるのに用いられ、付着屈折率が
高速に変化する場合は薄いフイルムのみが各チップ上に
付着された後にウエハチップを変える必要があるため、
段屈折率フイルムの付着には適当でない。しかし反射率
計のような従来の光学監視技術では薄いフイルムを正確
に計測することはできない。

石英結晶監視技術では付着されたフイルムの密度の知
識が必要であり、この密度は屈折率の関数として変化し
ていく。２種あるいは３種の材料を用いた多重層フイル
ムでは屈折率も２種あるいは３種であり、石英結晶監視
技術が良好に働く。しかし材料密度が継続的に変化して
いく傾斜屈折率フイルムではその変化していく密度の足
跡を追っていくことが難しい。その結果この監視を用い
て傾斜屈折率フイルムの付着を正確に監視することは困
難である。

〔発明の解決すべき課題〕

従って人間の介在を必要とせずにまた傾斜屈折率フイ
ルムの付着を正確に監視することの可能な、任意の屈折
率曲線を保持するフイルタの自動付着システムを提供す
ることがこの発明の目的である。

また人間の介在なしに付着の自動監視及びフイードバ
ック制御を行なう付着システムの提供が本願の目的であ
る。

本願の目的はさらに任意の厚み及び屈折率曲線のフイ
ルムを正確に監視するシステムを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によって基板上のフイルムの付着を自動制御す
るためのシステムが提供される。一般的にこのシステム
は付着反応装置と、反応装置内に設けられた基板上に所
定の１種あるいは２種以上の材料を１つあるいは２つ以
上の付着制御変数に従って付着させる手段を具備してい
る。開示された実施例では材料の付着が光化学蒸着法に
よって行なわれている。この実施例では付着手段に反応
ガス源及びパージガス源と、反応装置へのガスフローを
制御するためのバルブ及びマスフローコントローラと、
反応装置内のガスを空にする真空システムが具備されて
いる。

システムにはさらに付着されていくフイルムの厚みを
計測する手段が備えられている。開示されている実施例
ではこの計測手段に、反応装置内に設けられている参照
ウエハと、参照ウエハ上に付着されていく材料の厚みを
反応装置からウエハを除去することなく連続的に計測す
る偏光解析測定器と、参照ウエハ表面上に付着された材
料の厚み指示するフイルム厚み信号を与える手段が備え
られている。この実施例では参照ウエハが変換運動用の
運動可能な軸の付いた回転運動用ターンテーブル上に設
けられ、参照ウエハの表面にはマスクが配置されてい
る。マスクには小さな開口部が形成されていて、この開
口部の真下にあるウエハ表面のみに材料の付着が行なわ
れる。ターンテーブルは２個のステップモータによって
駆動され、ウエハ表面の新しい領域に連続的に材料の付
着が行なわれる。

このシステムはさらに付着工程を自動制御する中央コ
ントローラを具備し、コントローラにはフイルムの厚み
を決定するフイルム厚み信号に応答する手段と付着制御
変数を制御して付着手段を効果的に制御する手段が備え
られている。開示された実施例では中央コントローラは
コンピュータであり、基板上に付着するフイルムの望ま
しい特性を記憶するためのメモリが備えられている。付
着工程によって成形される製品の例としては、光学フイ
ルタがあり、メモリにはこのようなフイルタの特性を限
定するデータが記憶されている。計測手段に命令を与え
て付着されていく際にフイルムの厚みを連続的に計測す
ることによって、中央コントローラは付着制御変数を調
節し、付着厚みエラーを補償して望ましい特性の光学構
成を得ることができる。光学CVD工程では、屈折率が連
続的に変化する材料が複数の連続した一定屈折率の層に
よって近似され、各層の厚みが監視され制御されてい
る。

〔実施例〕

本発明は任意の屈折率曲線を保持するフイルムの付着
を実時間監視しまた制御するコンピュータ制御されたシ
ステムを提供している。第１図に示された本発明の実施
例では監視装置として偏光解析計測器及びデータサンプ
リングの手段として移動する参照ウエハが導入されてい
る。この実施例ではその内容全体が本発明に参考文献と
して引用されている米国特許第4545646号明細書に記載
された光化学蒸着付着法が付着工程として導入されてい
る。この工程では亜酸化窒素のフロー速度に対するシラ
ンの割合を付着を通して変化させることによって、任意
の予め決められた屈折率曲線を保有するフイルムに付着
させることもできる。しかしこの実施例に記載された制
御システムは光化学蒸着工程に限定されるものではな
く、広範囲の付着工程に適用することができる。

第１図に示されたシステムには主要基板103に近接し
て設けられた参照ウエハ156上の成長フイルムの厚みを
計測する偏光解析計測器が導入されており、基板103に
は望ましい層が付着されるようになっている。参照ウエ
ハにはマスクが付着され、このマスクには適切な大きさ
の開口部が形成され、ウエハの露出スポットに付着され
また結果として生じるフイルムが偏光解析計測される
（第２図）。付着されたフイルムは厚みがわずかずつ増
加していく間にも傾斜屈折率曲線を保有しているが、傾
斜曲線は第３図に示されているように一定屈折率フイル
ムと近似させることができる。従って参照ウエハの特定
のスポット上のフイルムは偏光解析計測によって計測さ
れ、ガスフロー速度に対応するある一定の屈折率が推定
され、厚みが計算されるが、これは薄いフイルムに有効
な近似値である。フイルムがある一定の厚みに達する
と、参照ウエハが回転して基板上の新しいスポットに付
着が行なわれる。このようにして付着工程の全体を部分
ごとに監視することができる。

一般的にシステム100（第１図）には付着反応装置102
が備えられ、反応及びパージガスがそれぞれのバルブ10
5、107、109とマスフローコントローラMFC1−MFCNによ
ってこの反応装置に導入され、またバルブ106が具備さ
れている。この実施例における望ましいパージガスには
窒素あるいはアルゴンがある。反応ガスにはシラン及び
亜酸化窒素がある。この目的に適した市販のマスフロー
コントローラはユニット装置会社（カリフォルニア州、
オレンジ、オレンジアベニュー、W.1247）によって販売
されているモデルUFC1000コントローラである。

フローコントロールモニタ116はマスフローコントロ
ーラMFC1−MFCNに結合してそれぞれの反応ガスの反応炉
102へのフローを監視しまた制御している。この目的に
適したフローコントロールモニタの市販の実施例は、ヒ
ューレットパッカード（カリフォルニア州、パロ・アル
ト）によって販売されているモデルHP3497データ獲得シ
ステムに具備されているデジタル／アナログコンバータ
のセットである。

ライン108は反応装置102と真空システム（図示されて
いない）に連結し、反応装置102からガスを除去するた
めに用いられる。圧力計110は反応装置102内のガスの圧
力を監視する。ヒータ112は反応装置102内に設けられて
いる基板103を加熱し、このヒータの動作は温度コント
ロール装置114によって調節されている。基板103は主要
基板であり、この基板上に望ましいフイルムが付着され
る。

一般的にレーザヘッド122及びセンサーヘッド120から
成る偏光解析計測計は反応装置102の上部プレートに形
成された石英窓124及び126と共働して構成され、レーザ
ヘッド122によってレーザビームを生成し、このビーム
は参照ウエハ156からセンサーヘッド120に反射するよう
になっている。偏光解析法においては光学特性が既知の
基板表面上に形成された薄膜の厚さと屈折率を求めるこ
とが可能である。このため光学特性が既知の基板を参照
ウエハとして使用し、参照ウエハの複数の露出スポット
上にフィルムを順次形成し、各フィルムの厚さと屈折率
を逐次計測することによりフィルムの厚さおよび屈折率
を逐次制御することが可能となる。この実施例における
参照ウエハ156は5.1cm（２インチ）のシリコンウエハが
あるいはクロムコーティングされたガラスウエハであ
り、厚みは0.25mm（0.01インチ）以上である。複数の紫
外線ランプ128はシャッタ129を通して反応装置102の内
部を照射する。

コンピュータ132はフローコントロールモニタ116、温
度コントロール114、偏光解析計測センサーヘッド120及
び圧力ゲージ110に結合している。プリンタ132A及びメ
モリ132Bはコンピュータ132と結合し、人間のオペレー
タと連絡する手段を提供している。この実施例ではヒュ
レーットパッカードが販売しているHP9845Bモデルコン
ピュータが適している。コンピュータ132は反応器102へ
のガスのフローとヒータ112の動作を監視して制御し、
さらに反応応力、基板温度及び偏光解析計測センサー12
0を監視している。

偏光解析計測計は光学特性が既知の基板上に付着され
た透明フイルムの厚み及び屈折率を計測することができ
る光学装置である。この計測器はまた知られていない磨
き基板の（実像及び虚像両方の）屈折率を計測すること
も可能である。この実施例に導入された偏光解析計測器
はラドルフ・インスルメント・インコーポレーテッド
（ニュージャージイ州、フエアイールド）によって販売
されているモデルE1 III偏光解析計測器である。偏光解
析計測器は計測するサンプルに偏光のわかっている単色
光のビーム、ここではヘリウム−ネオンレーザビームを
投射する。このビームは浅い角度（法線から70度）で投
射される。この投射ビームは偏光分析器及びセンサーを
備えたレセプターに向けられる。反射ビームの偏光は偏
光計測マイクロプロセッサ（センサーヘッド120を含
む）で計算された後、厚み及び屈折率データに翻訳され
る。またフイルムの屈折率がわかっている場合は、偏光
計測器は厚みのみを計算するようにプログラムすること
ができる。

偏光計測器は信頼できる結果を生成するために正確に
配置する必要がある。望ましい実施例では計測は真空近
くで行なわれ、適切な窓124及び126（第４図）が反応装
置102の壁に設けられ、ビームをその偏光を変えずに通
すようになっている。これらの窓124及び126は反応装置
102のそれぞれの壁と連絡しているそれぞれの狭いチュ
ーブ144及び138の端部に設けられ、窓への光による酸化
物付着を最小にしている。光学ビームの長さが増大する
ために、偏光計測器の２つの“ヘッド"120,120の位置及
び安定性は信頼できる結果を得るために重要である。

この実施例では偏光計測器に２つのヘッドが具備され
ている。１つのヘッド122にはレーザ及び光偏光器が具
備されている。もう１つのヘッド120にはセンサー及び
分析器が具備されている。各ヘッドは支持を確実にする
ために固定ウエブを保持した固定ブラケットによって支
持されている。さらに各ヘッドは水平回転軸によってプ
ラットフォームに設けられ、スクリューによって少なく
とも±２度の精密な調節が行なわれる。このような調節
によって２つのヘッドが十分に調整され、ビームが静止
証言ウエハからセンサー絞りに反射されるようになって
いる。

反応装置102はさらに第４図に示されている。この図
では偏光計測器のレーザヘッド122が固定支持ブラケッ
ト134によって支持され、石英窓126及びチューブ138を
通して反応器の内部にレーザビーム136を向け、参照ウ
エハ156上に衝突する。

センサー及び分析器のヘッド120は固定ブラケット142
上に支持されており、チューブ144及び石英窓124を通し
て反射されたレーザビーム136を受け取るようになって
いる。

レーザヘッド122は調節可能な機構によって支持ブラ
ケット134に取り付けられており、この機構ではネジ調
整によって第３図に示されているようにその公称位置か
らのレーザビーム136の方向に±２度の精密な調整が行
なわれるようになっている。

窓126及び124はこの実施例においてはアニーリングし
た石英によって成形され、それぞれのチューブ138及び1
44に設けられることによって、偏光計測器のレーザビー
ムを横断する方向に窓に加わって計測エラーを引き起こ
す応力を回避している。この実施例では窓がエポキシに
よって固定スチールベースワッシャーに結合され、ワッ
シューは圧力ナットによってＯリングシールに押圧され
ている。例えば第４図では窓126がワッシャー126Aに結
合され、このワッシャーは圧力移動スリーブ126D及びチ
ューブ138にネジ切りされた圧力ナット126CによってＯ
リングシール126Bに押圧されている。このような構成に
よってレーザビームを横断する方向に窓に加わる応力は
実質的に回避される。窓にかかる圧力は気圧によってレ
ーザビームと平行に生じるものだけであり、偏光計測に
は影響しない。

参照ウエハ156は軸を中心に回転するターンテーブル1
52上に設けられている。第２図には証言ウエハ及びター
ンテーブルの断面が示されている。テーブル部材150は
反応装置102（第４図）の内部に差渡しされており、基
板103を支持している。ターンテーブル152は回転及び移
動可能なシャフト154上に設けられ、これはコンピュー
タ132によって制御される２つのステップモータ（第２
図には図示されていない）によって駆動される。ターン
テーブル152はテブル150に形成された開口部153に固定
される。参照ウエハ156はターンテーブル152の上部表面
上に配置され、円形フレーム160は円形参照ウエハ156の
周端に固定される。証言ウエハ156及びフレーム160上に
はマスク158が配置され、ネジ切りされた留め具165によ
ってテーブル150に固定されている。

フレーム160は青銅あるいは他の低摩擦合金によって
成形され、ターンテーブル152がシャフト154で回転する
際にマスク158の下部表面とフレーム160の上部表面の間
の滑りフイットとなっている。

参照ウエハ156の上部表面は反応ガス及び紫外線から
マスキングすることが望ましい。マスク158はこの実施
例ではステンレススチールで成形され、厚みが1.6mm
（0.062インチ）である。マスク158は取外し可能であり
参照ウエハが交換できるようになっている。マスク158
は固定部材として形成されているため、留め具162及び1
64によるこのマスク158の取り付けは再生可能で正確で
あり、計測エラーを最小に抑えている。開口部166はマ
スク158に形成され、ウエハ156の上部表面の小さな部分
に蒸着付着が行なわれる。ウエハ156及びマスク158の露
出表面の間の空間は最小になり、この実施例では約0.13
mm（約0.005インチ）である。マスク158に形成された開
口部166の端部はガスフローの妨害を最小にするために
溝が付けられ、参照ウエハの露出スポットに投射される
レーザビーム136によるエッジ効果を減少させている。

第５図はマスク158の上部表面の図であり、開口部166
と露出下層ウエハ領域が示されている。ウエハ156上の
付着領域168は楕円偏光測定ヘッド122のレーザビームに
よって照射されている。この実施例ではレーザスポット
の大きさは約１×2mm²（約0.04×0.08インチ^２）であ
る。第５図にはすでに付着された領域168a及び168bが示
されており、これらの領域はマスク158の開口部166から
離間して回転したものである。

この実施例は、付着速度の加速及び減速を感知し、そ
れによって各層の付着時間を調節することにより、高反
射性フイルタを形成する基板上のフイルムの付着を制御
するのに用いられている。各付着領域168、すなわち参
照ウエハ156上の“スポット”では偏光計測器が厚みを
計測し、コンピュータ132が対応する付着速度を計算す
る。各スポット168の計測は一定の望ましい回数、この
例では３回行なわれ、監視された厚みに関する情報はコ
ンピュータ132によって、いつ層を完了すべきか、また
いつウエハを回転させ、ガラスフロー速度を変えて次の
層を付着すべきかを予測するのに用いられる。第６図及
び表Ｉに例が示されている。第６図には付着速度がオン
グストローム／分で、また目的屈折率及び実際の屈折率
と、反応ガスフロー速度、ここではシランのフロー速度
を付着フイルム厚み（オングストローム）の関数として
示している。表Ｉでは“N"が層の大きさを表わし、“ス
ポット”がウエハスポット数を示し、“ベースフイル
ム”が現在の層の付着に先立って基板上に付着されたベ
ースフイルムの屈折率及び厚みを示し、“シルフロー”
がシランガスフロー速度を示し、“I"が計測数を表わ
し、“N"は層の屈折率を、“D"は層の厚みを、“Del"及
び“Psi"は偏光計測データを、そして“Dtot"はフィル
ムの厚み全体を示す。

特定の層の計測された実際の厚みが望ましい厚みより
大きいかあるいは小さい場合は、付着される次の層を初
めの計画より薄いかあるいは厚くして修正する。この修
正は第７図及び表IIに示されている。

ここでは第６図に示されているように実際の付着屈折
率曲線を目的屈折率曲線に近づけている。この特定の付
着例では狭い帯域の、理論上の最小透過率0.5％に比較
して0.8％の最小透過率を保持する低い透過率の、襞の
あるフイルタが形成される。

第６図及び第７図の上記の説明ではシステムが偏光計
測装置を用いており、予想屈折率が与えられると厚みだ
けを計測している。しかし本発明による制御システムは
付着時間及びガスフロー速度を制御することによって、
屈折率及び付着フイルムの両方を制御することができ
る。従ってコントロールシステムは付着速度の変動だけ
でなく、付着材料の屈折率が予想値から逸脱することも
検出し、ガスフローを調節することによって適切に修正
する。これは第８図に示されている。

ここで適切なプログラムによって限定される。コンピ
ュータ132の動作の第９図に示された簡単なフローチャ
ートを見てみよう。ステップ200でコンピュータプログ
ラムが初期化され、ステップ202で光学装置の特性、例
えば形成される層状のフイルタが、例えばテープ、ある
いはキーボードによってコンピュータプログラムに入力
される。この特性は参照ウエハ上のスポットの大きさご
との最大計測数、層のピーク数、各ピークのピーク波長
及び各ピークのピーク対ピーク指数の変調、平均屈折
率、フイルタの厚み及びフイルタ内の層の数である。

ステップ204ではウエハの初期値が確立される。この
初期値には初期シランフロー速度、ウエハ位置、基板の
屈折率、ウエハ上の何らかの原因により生じた酸化層の
厚み、内部の計算で用いられる変数及び付着の間計算さ
れる参照ウエハ上の各位置の実屈折率及び虚屈折率など
がある。この虚屈折率は付着が始まる前にウエハ上の各
スポットで自動計測することによって得られる。また付
着の間用いられるΔ及び修正ファクターはこの時に計
測される。

ステップ206では反応ガスフローが切られる。ステッ
プ208ではターンテーブル152を動作させるパルスモータ
が命令され、参照ウエハ156をその初期位置に移動させ
る。

ステップ210では偏光計測器をコンピュータ132と連絡
させるようになっている。ステップ212ではチャンバ102
に真空がかけられ、ステップ214ではリークバック速度
が計測される。このため真空がかけられる時チャンバ10
2に入る周囲のガスフローの速度が決まる。ステップ216
では紫外線ランプシャッター129が閉鎖される。紫外線
ランプ128が付けられ、反応ガスが流入して付着工程の
第１の層に用いるのに適切な圧力が確立される。通常は
この圧力によって付着工程が開始する前の約５分間安定
化させることができる。

ステップ218ではコンピュータタイマーが初期化され
てシャッター129が開く。このため付着チャンバーが紫
外線で照射され、光学CVD付着工程が駆動される。ステ
ップ220では第10A図及び第10B図に詳細に示されている
フイルタ付着サブルーチンが示されている。

ステップ222ではフイルタが完了した後付着動作が停
止してステップ224でプログラムが完了する。

第10A図、第10B図にはフイルタ付着ループがさらに詳
細に説明されている。この実施例で用いられている偏光
計測器では即時監視は行なわれず、特定のスポットでフ
イルムを計測するのに15−20秒が必要であり、また電流
計測の結果を計算するのにさらに15−20秒が必要であ
る。従って計測を行なった後には、第10図に示されたプ
ログラムの構成によって層が完了しているかどうかを
（以前のデータに基づいて）予測することによって工程
を制御し、層が完了している場合は完了直後の計測の結
果が計算される前に新しいスポットに参照ウエハを移動
する。フイルタの付着ループはステップ250で始まり、
ステップ252では参照ウエハ上の現在のスポットが計測
されたかどうかの決定が行なわれる。計測されていない
場合はステップ254で第１の計測の前で予め決められた
特定の数秒間システムが待つ。

ステップ256では偏光計測器が命令されて２つの変数
Δ及びを偏光に関して計測し、楕円偏光プリズム及び
分析器の回転角度が指示される。これらはフイルムの厚
みｄを計算するのに用いられる楕円偏光計測パラメータ
である。

ステップ258では計測時間が記録され、ステップ260で
はこれまでに経過した蒸着時間が計算される。ステップ
264ではマスフローコントローラが命令されて、必要な
らば２番目に現在に近い計側の結果に応じてフロー速度
を変える。ステップ266ではフイルタが完了したかどう
かを予想する。完了していない場合はステップ270にお
いてさらに別の試験が行なわれ、その時点での層が完了
しているかどうかを予想する。以前の計測結果が計算さ
れるまではある答えは得られない。答えが肯定的な場合
はステップ272において紫外線を切り、参照ウエハを回
転させ、新しいスポット上のベースフイルムを計測す
る。ステップ266における決定が肯定的な場合はステッ
プ268において紫外線が切られ、反応ガスの供給も停止
される。ステップ274では最終的に楕円偏光計測器が命
令されて計測されたばかりの値Δ及びに基づいてフイ
ルムの厚みを計算し、また現在の層の望ましい屈折率を
計算する。この計算は下記の式１の偏光解析アルゴリズ
ムを用いて実行される： ρ＝tanexp（ｉΔ） （１） ここでρはフイルム屈折率ｎ及びフイルムの厚みｄの
値を生成する複合反射係数r_P及びr_Sの間の割合であり、
Δ及びは偏光に関して計測された変数である。

偏光解析及び式１に関する参考文献には自動E1−III
命令マニュアル（ラドルフ・リサーチ・1982年）があ
る。

ステップ276では全体のフイルムの厚みと直前の計測
からの付着速度が計算される。

ステップ278ではフイルタが完了しているかどうかあ
るいはウエハ上のスポットが調度計測されたところかど
うかが決定される。答えが肯定的である場合は、ステッ
プ280においてもループが完了した時に別の計測が必要
ならば、プログラムコントロールはステップ306までと
ばす。ステップ278における決定が否定的である場合
は、ステップ282においていくつかの計算が行なわれ
る。第１の計算によって現在の層が完了する時間T_dest
が予想され、現在の付着速度を見積る。またT_dest及び
層ごとの望ましい計測数がわかるステップ282において
は、次の計測をいつ行なうべきか、T_nextが予想され
る。最終的にステップ282において、フイルムの厚みの
現在の増分、すなわち次の計測で終わる現在の監視期間
の予想増加が計算される。

ステップ284においてはウエハが回転したところかど
うかの決定が行なわれる。回転した場合はすぐ前の層の
厚みの最終的な値が記憶され、プログラムコントロール
はステップ294に分枝する。ステップ284における決定が
否定的な場合はステップ288において次の計測の予測さ
れた層の厚みをチェックし、これが望ましい厚みと等し
いかあるいはそれより大きいかを決定し、いずれでもな
い場合は動作はステップ294に分枝する。予測された層
の厚みが望ましい層の厚みと同等かあるいはこれより大
きい場合は、ステップ290においてフイルタが完了して
いるかどうかについての決定が行なわれ、完了している
場合はプログラム動作はステップ294に分枝する。フイ
ルタが完了していない場合はステップ292において次の
層のフロー速度が式２を用いて計算される。

f_gi＝f_gin−f_gio （２） ただしf_gi＝ガスｉのフロー速度； ｎ＝現在の層の付着フイルムの推定屈折率： f_gi＝ガスｉのフロー速度対屈折率関数の傾斜；及び f_gio＝ガスｉのフロー速度を軸とするフロー速度対屈折
率関数の切片 米国特許第4545646号明細書の第１図にはシランガス
のフロー率／屈折率関数の例が示されている。

ステップ294ではフイルタが完了しているかどうかの
決定が行なわれ、完了している場合はステップ294で動
作が停止し、フイルタループの動作がメインプログラム
（第９図）に戻る。フイルタが完了していなければ、ス
テップ298においてウエハが回転したところかどうかの
決定が行なわれる。ウエハが回転している場合はステッ
プ300においてプログラムによって完了したところの層
の厚みエラーに基づいて式３により、次の層d_nextの修
正された望ましい厚み（及び／あるいは全体の厚み）が
計算される。

d_next＝d_nexto＋（n/n_next）（d_des−d_act） （３） ただし、d_nexto＝次の層の望ましい厚みの初期予想； n_next＝現在の推定屈折率；及び d_des＝現在の層の望ましい厚み； ステップ302ではプログラムによって現在に最も近い
計測に基づくフイルタの全体の厚みの予想値が望ましい
厚みより大きいかあるいは同等であるかどうかが決定さ
れる。この決定が肯定的な場合は、次の計測の後に動作
がステップ304で停止する。否定的な場合はステップ306
において時間T_nextがT_measと同等になるまで遅延が行な
われ、プログラム動作によってループがステップ252に
戻される。

第９図、第10A図及び第10B図に示されたフローチャー
トでは、偏光計測器によっては厚み及び屈折率の両方で
はなく、厚みｄのみが推定される。また偏光計測器が正
確に読みとる前にある最小の厚みのフイルムを付着しな
ければならず、偏光計測器が計測及び計算に要する時間
（t_meas）が無視できない量の時間であることがフロー
チャートによって推定される。

上記の実施例は単に本発明の原理を示す可能な特定の
実施例を示したものであることが理解される。本発明の
要旨から逸脱せずに、当該分野の専門家によって上記の
原理に従って別の構成を取ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による付着工程の自動実時間制御のコン
トロールシステムのブロックダイヤグラムである。 第２図は第１図に示された実施例で用いられる参照ウエ
ハ、ウエハターンテーブル及びマスク構造の断面図であ
る。 第３図はフイルムの厚みの関数としての望ましい屈折率
曲線（実線）及びその近似値（破線）を示す図である。 第４図は第１図に示されたシステムの付着反応路及び偏
光計測測定ヘッドを示す断面図である。 第５図は第１図に示された実施例の参照ウエハマスクの
正面図であり、偏光計測レーザによって照射されている
現在露出しているウエハ領域及びすでに付着された２つ
の代表的なスポットが示されている。 第６図は第１図に示されたシステムによって成形される
代表的な光学構成のフイルムの厚みの関数として付着速
度及び屈折率を示すグラフである。 第７図は第６図で示された例のフイルムの厚みの関数と
しての目的とする屈折率及び実際の屈折率曲線を示す図
である。 第８図は代表的な光学構成のフイルムの厚みの関数とし
ての、目的とする屈折率及び実際の屈折率曲線を示す図
であり、これは屈折率及び厚みの両方を監視し制御する
本発明によるシステムによって成形される。 第９図は通常の光学構成の成形による第１図に示された
コンピュータコントローラの動作を示す簡略化されたフ
ローチャートである。 第10A図及び第10B図は第９図に示された一般的なフロー
チャートで用いられるフイルム付着サブルーチンを示す
簡略化されたフローチャートである。 100……システム、102……付着反応装置、103……基
板、105、106、107、109……バルブ、110……圧力計
器、112……ヒータ、120……偏光解析計測センサー、12
4、126……石英窓、129……シャッター、132……コンピ
ュータ、152……ターンテーブル、154……シャフト、15
8……マスク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャック・エフ・リンダー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90274，パロス・バーデス、ペンビナ・ ロード 27151 (72)発明者 マオ―ジン・チャーン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90274，ランチョ・パロス・バーデス、 シーマウント・ドライブ 28414 (72)発明者 ゲイリー・フィッシャー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90249，ガーデナ、ウエスト・ワンハン ドレッド フォーテイ‐シックスス・ス トリート 2059

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上にフィルムを付着する自動制御シス
   テムにおいて、 付着反応装置と、 前記反応装置内に配置された１以上の基板上に与えられ
   た１種あるいはそれ以上の材料を１以上の付着制御変数
   に従って付着する手段と、 フィルムが付着されるときその厚みを計測する手段であ
   って、 前記計測する手段は、 （ｉ）前記反応装置中に配置された光学特性が既知の参
   照ウエハと、 （ii）前記ウエハ上で実時間においてまた前記ウエハを
   付着反応装置から除去せずに前記付着手段を損なわずに
   フィルムが付着されるとき、フィルムの厚みを連続的に
   計測する偏光解析装置と、 （iii）フィルムの厚みを指示するフィルム厚み信号を
   与える手段とを備え、 前記付着手段と前記計測手段の自動制御のための中央コ
   ントローラであって、フィルムの厚みを決定するために
   前記フィルム厚み信号に応答するための手段と前記付着
   手段を効果的に制御するために前記付着制御変数を制御
   するための手段とを具備する中央コントローラとを具備
   することを特徴とするシステム。
2. 【請求項２】基板上のフィルムの付着の自動制御システ
   ムにおいて、 基板上にフィルムの光化学蒸着を行なうための装置であ
   って、 （ｉ）付着反応装置と、 （ii）ガス制御信号によって前記反応装置に望ましい反
   応ガスを選択的に与えるための手段と、 （iii）照射制御信号に応答して前記反応装置の内部に
   適切な波長の光を選択的に照射し、材料付着を活性化さ
   せる手段とを備えた装置と、 フィルムが付着させる際にその厚みを計測するための手
   段であって、 （ｉ）前記反応装置中に配置された光学特性が既知の参
   照ウエハと、 （ii）フィルムが前記ウエハに付着される際に実時間に
   おいてまた前記ウエハを反応装置から除去せずにフィル
   ムの厚さを連続的に計測するための偏光解析装置と、 （iii）フィルムの厚みを指示するフィルム厚み信号を
   与える手段とを備えた手段と、 前記装置及び前記計測手段を自動制御するための中央コ
   ントローラであって、前記フィルムの厚みに応答してフ
   ィルムの厚みを決定する手段と、前記ガスを与える手段
   および前記照射手段を制御して付着速度を制御する手段
   とを備えているコントローラとを具備する基体上のフィ
   ルムの付着を自動的に制御するシステム。
3. 【請求項３】前記偏光解析手段はレーザビームを前記参
   照ウエハの表面に向ける手段とレーザビームが前記参照
   ウエハの表面から反射した後に受け取るように構成され
   ているセンサーを備えている特許請求の範囲第２項記載
   のシステム。
4. 【請求項４】前記計測手段はさらに、前記参照ウエハの
   表面を材料の付着からマスクするように構成された参照
   ウエハマスクであって、前記レーザビームに合わせて開
   口部が形成されているマスクと、前記中央コントローラ
   からのウエハ移動命令に応答して前記参照ウエハを移動
   させて前記ウエハ表面の付着されていない領域を露出さ
   せる手段を具備している特許請求の範囲第２項記載のシ
   ステム。
5. 【請求項５】レーザビームを方向付ける前記手段は付着
   反応装置の外部に設けられた前記レーザビームを生成さ
   せるためのレーザと、前記反応炉の第１の壁にある前記
   レーザビームを前記反応炉に与えるための第１の石英窓
   と、この第１の石英窓を前記第１の反応装置の中かある
   いは近くに設けて前記レーザビームを横断する前記窓上
   にかかる応力を最小にする手段とを具備し、前記センサ
   ーが前記反応装置の外部に設けられ、さらに前記反応装
   置の第２の壁にあって前記反射したレーザビームを付着
   反応装置から前記外部に設けられたセンサーに通すため
   の第２の石英窓と、前記第２の反応装置の壁の中かある
   いは近くに前記第２の石英窓を設けるための手段であっ
   て前記レーザビームを横断する前記窓上にかかる応力を
   最小にする手段とを備え、それによって前記窓にかかる
   応力から生じる偏光解析エラーを最小にする特許請求の
   範囲第３項記載のシステム。