JP3379381B2 - 薄膜測定が可能な半導体基板薄膜生成装置及び縦型ボート - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱雰囲気下において
半導体基板（以下ウエーハという）表面に単結晶膜（エ
ピタキシャル）、酸化膜、絶縁膜等を生成する気相成長
炉、酸化炉、拡散炉その他の半導体基板薄膜成長装置及
び該装置内に組込まれる縦型ボートに係り、特に縦型Ｃ
ＶＤ装置を用いてシリコンウェーハ上に薄膜を形成する
技術において薄膜評価が容易な半導体基板薄膜成長装置
及び該装置内に組込まれる縦型ボートに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板であるウェーハには用途に応
じて多結晶シリコン膜、アモルファスシリコン膜、二酸
化シリコン膜、窒化シリコン膜等種々な薄膜が気相成
長、酸化拡散その他の手段により形成される。図１は本
発明に適用される縦型ＣＶＤ（化学的気相成長）装置の
一例を示す断面図である。この縦型ＣＶＤ炉は、図１に
示すように円筒ドーム状の外管１と、頂部に開口を有す
るドーム状内管２とからなる二重管構造を成しその外周
をヒーター３によって囲繞されている。さらに内管２内
の処理空間には均一加熱を可能とする保温筒４の上にウ
ェーハ８を積載する縦型ボート５が設置され、前記保温
筒４下面より下方に垂下する回転軸途中に固設された底
蓋６によって密閉されている。そして、底蓋６上面近傍
に図上右方にガスインジェクター７、左方にガス排気口
９を設けている。かかる装置において、ヒーター３によ
り内管２内の処理室を加熱しながらガスインジェクター
７より内管２内の処理室にガスを供給しながら、反応室
内で縦型ボート５上に積層配置した半導体ウエーハ８に
ガス反応させて気相成長膜を形成する。また、未反応ま
たは余剰なガスは随時内管２の開口部より外管１を経て
ガス排気口９から排気可能に構成されている。

【０００３】次に、この装置を用いてウェーハ８に多結
晶シリコン膜を形成し、形成したシリコン膜厚を測定す
る動作を説明する。先ず、ウェーハ８をボート５に積載
し、ボート５を載置した保温筒４と共に内管２に挿入す
る。次に、ヒーター３によりウェーハ８を含む内管２内
の密閉処理室内を所定の温度に加熱すると共に排気口９
で外管１、内管２内を減圧しつつガスインジェクター７
からシランガスを供給する。シランガスは加熱されウェ
ーハ８面上で熱分解しウェーハ８に多結晶シリコン膜を
形成する。また、ウェーハ８の膜厚を均一にするために
ボート５を回転させ気相成長を行っている。さらに、反
応後縦型ＣＶＤ炉から保温筒４に載置したボート５を取
り出し冷却した後、ボート５からウェーハ８を取り出
す。ボート５内には多結晶シリコン膜のウエーハ面内の
膜厚バラツキやボート５内の載置位置による膜厚バラツ
キを測定するため、予め酸化膜を形成した膜厚測定用ウ
ェーハを複数枚、例えばボート５の上部（トップ）、中
央部（センタ）及び下部（ボトム）にほぼ等間隔で１枚
づつ、ウェーハ８と共に仕込んでおき冷却後、これらを
取り出し光学的方法により膜厚を算出していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た膜厚測定方法では一度膜の形成を行なうと複数枚のウ
ェーハが必要となり、これが何回も繰り返される。これ
ら事前に準備するウェーハの枚数は莫大であり、またこ
れらのウェーハはあらかじめ酸化膜を形成しておく必要
があるためこれらの準備、維持管理に手間がかかる問題
がある。さらに、膜厚測定ウェーハにおいて膜厚測定点
はウェーハの全面を測定しているのではなく、数ミリ角
の領域を複数点、例えば面内５点程度測定しているだけ
であり、ウェーハを丸々１枚使用するのは無駄であると
いう問題がある。

【０００５】本発明はかかる技術的課題に鑑み、ウェー
ハに膜形成及び膜厚測定において無駄に膜厚測定用ウェ
ーハを消費しない半導体基板薄膜成長装置及び該装置内
に組込まれる縦型ボートを提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
所定の処理空間内に多数枚の半導体基板を上下に積層配
置し、該処理空間内に処理ガスを流しながら前記半導体
基板上に薄膜を生成する半導体基板薄膜生成装置におい
て、前記積層配置される半導体基板群の内、少なくとも
一の半導体基板取り付け位置上に、半導体基板の代りに
基板状膜厚測定用治具を配設するとともに、該測定用治
具が、基板と同一形状で且つその膜生成面上に膜厚測定
用チップを配置するチップ取り付け部が形成してなる測
定用治具である事を特徴とする。

【０００７】膜厚測定用チップは、例えば数ミリ角に加
工したチップ（以下膜厚測定用チップ）で該チップ上に
前工程における酸化膜（ＣＶＤの場合）を予め形成して
いる。またチップ取り付け部とは、例えば前記チップ形
状に対応する溝として形成される。

【０００８】この膜厚測定用治具によれば堆積した膜を
測定する場所にのみ膜厚測定用チップを配置し、その上
に堆積した膜の厚さを測定することにより、膜厚測定に
使用するシリコンウェーハ量を最小限に抑えることがで
きる。

【０００９】請求項２記載の発明は、前記反応容器内に
収納されるボートにあらかじめ請求項１記載の膜測定用
治具を取り付けたものである。即ち、請求項２記載の発
明は、発熱体により加熱される炉芯管内に配置され、多
数枚の半導体基板を上下に積層配置する保持部を有する
半導体基板熱処理用縦型ボートにおいて、前記保持部の
少なくとも一の半導体基板取り付け位置に、予め、該基
板と同一形状で且つその膜生成面上に膜厚測定用チップ
を配置するチップ取り付け部が形成してなる基板状膜厚
測定用治具を取り付けたことを特徴とするものである。

【００１０】尚、前記各発明に用いる測定治具は形成す
る膜に応じてシリコン、石英、炭化シリコン、窒化シリ
コン等の材料で製作するが、炭化シリコン、窒化シリコ
ン等のセラミクスの耐薬品性が高い材料を用いた場合は
繰り返し洗浄することも可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施
例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その
相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この
発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明
例にすぎない。図２、図３は本発明の実施形態に係る膜
厚測定用治具とを使った一実施例を示す図面である。こ
の膜厚測定治具１１は図２に示すように、縦型ボート内
に積層配置される半導体基板と同一の直径と同一の肉厚
を有するが、その材料はシリコン、石英、炭化シリコ
ン、窒化シリコン等の任意の材料を適宜選択して製作さ
れる。例えば本実施形態には、膜厚測定用治具１１は、
直径１５０ｍｍ、厚さ６２５μｍの炭化シリコンを用い
ている。

【００１２】そして前記膜厚測定治具１１の上面には、
膜厚測定用チップ１２を収納しウェーハ表面の膜形成時
に該チップ１２が動かないように膜厚測定用チップ１２
とほぼ同形の方形溝１４が形成されている。例えば本実
施形態においては、溝形状は１２ｍｍ角、深さ１００μ
ｍで、溝形成位置は図２の配置で、周囲の４箇所は、外
周から１５ｍｍの位置に溝の中心がくるように形成して
いる。ここで溝１４は膜厚測定用チップ１２を収納しウ
ェーハ表面の膜形成時に動かないように設けたものであ
り、必ずしも必要なものではない。

【００１３】膜厚測定用チップ１２は、例えば数ミリ角
に加工したチップ１２で該チップ１２上に前工程におけ
る酸化膜を予め形成している。例えば本実施形態におい
ては、膜厚測定用チップ１２として、直径１５０ｍｍ、
厚さ６２５μｍのウェーハ表面に熱酸化膜を１００ｎｍ
形成し、これをダイシングすることにより、１０ｍｍ角
のチップを作製した。そして前記方形溝１４に膜厚測定
用チップ１２を嵌合配置した膜厚測定用治具１１を、図
３に示す縦形ボート１３の保持溝１３ａに装着する。

【００１４】図３の縦形ボート１３は周知のように、天
板１３ｂ及び底板１３ｃの間に、ウエーハ保持溝１３ａ
を上下に多数刻設した４本の保持棒１３ｄが直立配置さ
せており、前記保持溝１３ａの適宜箇所に膜厚測定治具
１１を着脱自在に装着する。 （請求項１記載の発明の場合）請求項２記載の発明にお
いては膜厚測定用チップ１２を固着した膜厚測定治具１
１を前記保持溝１３ａに固着させ着脱しないように構成
したものである。

【００１５】そして図４に示すように本実施例の膜厚測
定治具１１と従来の膜厚測定用ウェーハ８ａを比較する
ために隣接させ評価してみた。即ち前記した縦形ボート
１３のトップ、センタ及びボトム部に夫々膜厚測定治具
１１を前記保持溝１３ａに装着した後、その膜厚測定治
具１１の上下に位置する保持溝１３ａに夫々膜厚測定用
ウエーハを装着し、他の保持溝１３ａには通常の膜堆積
用ウエーハ８を装着する。尚、膜厚測定用ウェーハ８ａ
は直径１５０ｍｍ、厚さ６２５μｍ、表面に熱酸化膜を
１００ｎｍ膜生成して形成し、又通常の膜堆積用ウェー
ハ８では直径１５０ｍｍ、厚さ６２５μｍ、１バッチ１
００枚を使用した。

【００１６】このように構成した縦形ボート１３を図１
に示す保温筒４上に設置し、所定の熱処理により多結晶
シリコン膜を試みに形成したものを取り出し、膜厚測定
用治具１１上に配設したチップ１２と、その上下に位置
する膜厚測定用ウエーハ８ａ面内の膜厚を測定した。膜
厚測定用の測定器には光学式の自動膜厚測定器（型名
ＴＦＭ１２０ＡＦ：株式会社オーク製作所）を使用し
た。

【００１７】前記測定結果を図５に示す。膜厚測定用チ
ップ１２は５枚のチップのそれぞれの中心位置を測定
し、膜厚測定用ウェーハ８ａは、チップの測定位置のそ
れぞれに対応する５点（中心１点と周辺４点）を測定し
た。尚、図５の測定データのうち、１がウェーハ中心の
膜厚を示し、２〜５は周辺４点の膜厚を示している。従
って膜厚測定用治具１１に膜厚測定用チップ１２を嵌着
して膜厚を測定する場合、従来は一バッチ当たり三枚の
膜厚測定用ウエーハを使用したのに対し、本発明の膜厚
測定用チップ１２はウエーハ一枚から少なくとも９０枚
のチップが取れるので従来に比して１バッチあたり、膜
厚測定用ウエーハは１／６枚（チップ１５枚）で済むこ
とになる。すなわち、同一の処理を１００バッチ行なっ
た場合には、膜厚測定用ウェーハは２８０枚以上節約で
きる計算になる。又本図に示すように本発明の膜厚測定
用治具でも従来の膜厚モニターと変わらない膜厚分布で
あった。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、膜
厚測定用ウェーハの代わりにこれをチップに加工したも
のを膜厚測定用治具として用いることにより、膜厚モニ
ターを使った場合と同様の機能を果たし、なお且つ膜厚
測定用のウェーハを節約する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に適用される縦型ＣＶＤ（化学的
気相成長）装置の一例を示す断面図である。

【図２】膜厚測定治具の一実施例を示す（Ａ）平面図と
（Ｂ）断面図である。

【図３】膜厚測定治具を装着した縦形ボートを示す斜視
図である。

【図４】膜厚測定治具と膜厚測定用ウェーハとが装着さ
れている縦形ボートの断面図である。

【図５】図４における膜厚測定治具と膜厚測定用ウェー
ハの膜厚を示す図である。

【符号の説明】

１ 外管 ２ 内管 ３ ヒータ ４ 保温筒 ５ ボート ６ 蓋 ７ ガスインジェクタ ８ ウェーハ ９ 排気口 １０ 回転軸 １１ 膜厚測定用治具 １２ 膜厚測定用チップ １３ 膜厚測定用治具を有するボート １４ 方形溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小森 昇一 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社 白河工 場内 (56)参考文献 特開 平５−291143（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−78347（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−7878（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−228125（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−147277（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−33738（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 21/66

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の処理空間内に多数枚の半導体基板
   を上下に積層配置し、該処理空間内に処理ガスを流しな
   がら前記半導体基板上に薄膜を生成する半導体基板薄膜
   生成装置において、 前記積層配置される半導体基板群の内、少なくとも一の
   半導体基板取り付け位置上に、半導体基板の代りに基板
   状膜厚測定用治具を配設するとともに、該測定用治具
   が、基板と同一形状で且つその膜生成面上に膜厚測定用
   チップを配置するチップ取り付け部が形成してなる測定
   用治具である事を特徴とする半導体基板薄膜生成装置。
2. 【請求項２】 発熱体により加熱される炉芯管内に配置
   され、多数枚の半導体基板を上下に積層配置する保持部
   を有する半導体基板熱処理用縦型ボートにおいて、 前記保持部の少なくとも一の半導体基板取り付け位置
   に、予め、該基板と同一形状で且つその膜生成面上に膜
   厚測定用チップを配置するチップ取り付け部が形成して
   なる基板状膜厚測定用治具を取り付けたことを特徴とす
   る縦型ボート。