JP2556909B2 - 化学気相成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、化学気相成長装置に関し、特に、半導体
装置の成膜プロセスに供用する化学気相成長装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 第３図は従来の化学気相成長装置であり、半導体ウエ
ハ（１）は上方に設けられたウエハステージ（２）に主
面を下向きに保持され、ヒータ（３）により加熱され
る。そして、排気口（４）より排気（Ｂ）を行いつつ、
ウエハステージ（２）に対向する位置に設置されたガス
ヘッド（５）から半導体ウエハ（１）の主面に反応ガス
（Ａ）が吹き出され、熱化学反応により半導体ウエハ
（１）の主面上に反応生成膜が形成される。

このとき、半導体ウエハ（１）の直下には、反応ガス
（Ａ）の熱による気相反応で生じた反応生成微粒子層
（C₁）が形成される。これはフェースダウンの成膜では
形成されるが、フェースアップの成膜では生じない。こ
の反応生成微粒子層（C₁）は、形成される反応生成膜の
成長速度、厚さの均一性、膜中に添加した他の物質の濃
度の均一性などに関係があり、反応ガス（Ａ）の流量が
多く、濃度が高い等の場合は、反応生成微粒子層（C₁）
は第４図に示すように、第３図に示す適正な状態の反応
生成微粒子層（C₁）に比べて厚い濃い層となり、このと
き形成される反応生成膜の成長速度は大きくなる。逆
に、反応ガス（Ａ）の流量が少ない、濃度が低い等の場
合は、反応生成膜は薄く淡い層となり、このとき成膜成
長速度は小さくなる。また、反応生成微粒子層（C₁）
が、部分的に厚い、薄いが生じて、半導体ウエハ（１）
全面下に均一に形成されない場合、半導体ウエハ（１）
に形成される反応生成膜もこれに対応して膜厚の厚い部
分、薄い部分、添加物濃度の高い部分、低い部分が生じ
る。

そこで、反応室壁（６）に窓（９）を複数設けて、一
方よりライト（10）を照らし、もう一方の窓（９）より
成膜反応中の反応生成微粒子層（C₁）の状態を目視する
ことで、ガスヘッド（５）に反応ガス（Ａ）を供給して
いる流量コントローラの設定値と実流量の違いで生じた
反応ガス（Ａ）の流量の違いなどの原因により、所定の
条件より異なった条件で成膜が行われていないかどうか
の確認が行われている。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のような従来の化学気相成長装置は、反応生成微
粒子層（C₁）の状態の目視による成膜の異常の確認で
は、成膜反応中は常時仕業者が窓から反応生成微粒子層
の状態を確認しなければならず、この確認も定量的なも
のではない。

また、半導体ウエハ（１）下に形成された反応生成微
粒子層（C₁）は排気（Ｂ）と共に排気口（４）より排出
される（図中C₂）が、反応室壁（６）に窓（９）を設け
たため、排気されずに窓（９）の内側をただよう流れ
（C₃）が生じ、このため、反応室壁（６）や窓（９）の
内面に、余った反応生成微粒子層（C₃）中の反応生成粒
子（Ｅ）が付着する。この反応生成粒子（Ｅ）は、付着
量が多くなると反応室壁（６）などから剥れ、再び他の
部位に付着する。これが半導体ウエハ（１）に付着する
と製品の歩留り低下を招くので、定期的に装置を止めて
付着している反応生成粒子（Ｅ）を除去する必要があ
り、このため装置の稼働率が低下していた。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもの
で、成膜の異常を定量的に管理することができ、かつ、
反応室壁への反応生成微粒子の付着を減少することがで
きる化学気相成長装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る化学気相成長装置は、ウエハステージ
より下方の反応室壁面に、その光軸がウエハステージ面
の下を横切る発光器、受光器を備えている。

［作 用］ この発明においては、発光器より発した光を反応生成
微粒子層を通し、受光器で受けて前記層を通過する際の
光の減少量を常時検出することで、ガス流量などの成膜
条件の変動等による成膜の異常を定量的に管理する。

また、窓を設けないために、反応室内に反応生成微粒
子の不要な流れを生じさせることがないので、反応室壁
等への反応生成粒子の付着を減少させる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示し、ウエハステージ
（２）の下部を光軸（Ｄ）が横切るように、発光器
（７）を反応室壁（６）に設け、発光器（７）に対向し
て受光器（８）が反応室壁（６）に設置されている。

その他、第３図と同一符号は同一部分を示している。

以上の構成により、半導体ウエハ（１）の主面上に反
応生成膜が形成されるに際し、半導体ウエハ（１）の直
下に、反応ガス（Ａ）の熱による気相反応により反応生
成微粒子層（C₁）が形成される。この反応生成微粒子層
（C₁）を光軸（Ｄ）が通過するように反応室壁（６）に
設けられた発光器（７）より光を発し、反応生成微粒子
層（C₁）を通過して光量の減少した光は受光器（８）に
達する。この受光器（８）にフォトセンサを設けて、通
常の成膜時に形成される反応生成微粒子層（C₁）を通過
して減少した光量を検出しておけば、成膜条件に変動が
生じて所定の成膜が行われていない場合は、反応生成微
粒子層（C₁）の濃度が変わり、通過する光の減少量が変
動するため、このときの光量を検出して通常の場合との
比較により成膜の異常を検知することができる。

また、反応生成微粒子層（C₁）に通過させる位置は、
半導体ウエハ（１）下の反応生成微粒子層（C₁）が形成
されている部位であればどこでもよく、第２図に示すよ
うに、複数の光軸を設定して、半導体ウエハ（１）の中
心を通過するもの、端を通過するものを設けてもよく、
この場合は半導体ウエハ（１）面内での反応生成微粒子
層（C₁）の部分的な濃い淡いがわかり、成膜される膜
厚、添加物濃度の高い部分、低い部分が生じるのがわか
る。

因に、この発明におけるウエハステージ（２）、ヒー
タ（３）、排気口（４）、ガスヘッド（５）、反応室壁
（６）、発光器（７）、受光器（８）などの形状、構成
等は前述した実施例に限定されるものでないことは勿論
である。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、ウエハステージよ
り下方の反応室壁面に、その光軸がウエハステージ面の
下を通る発光器より発した光を反応生成微粒子層を通
し、受光器で受けて前記層を通過する際の光の減少量を
常時検出するようにしたので、ガス流量などの成膜条件
の変動等による成膜の異常を定量的に管理することがで
きる。また、従来装置での窓を設けていないので、反応
室内に反応生成微粒子の不要な流れを生じさせることが
ないので、反応室壁等への反応生成微粒子の付着を減少
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の要部立断面図、第２図は
他の実施例の要部底面図、第３図は従来の化学気相成長
装置の要部立断面図、第４図は第３図のものの作用説明
のための要部立断面図である。 （１）……半導体ウエハ、（２）……ウエハステージ、
（５）……ガスヘッド、（６）……反応室壁、（７）…
…発光器、（８）……受光器、（Ａ）……反応ガス、
（Ｄ）……光軸。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応室内において、前記反応室内の上方に
   設置されたウェハステージに主面を下向きに保持された
   半導体ウエハを加熱しつつ、前記反応室下向きの前記ウ
   エハステージと対向する位置に配置されたガスヘッドよ
   り、前記半導体ウエハ主面に反応ガスを供給することに
   より、前記半導体ウエハ主面に所望の膜を形成する化学
   気相成長装置において、前記ウエハステージより下方の
   前記反応室壁面に、その光軸が前記ウエハステージの下
   部の反応生成微粒子層を通る発光器と、この発光器から
   の光を直接検知する受光器とを備えてなることを特徴と
   する化学気相成長装置。