JPH03104212A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造に用いられる気相成長装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の高集積化，微細化に伴い、半導体基板
（以下、ウエハと称す）上に形成されるパターンも微細
化され、その構造も複雑になってきている。また、この
微細化による薄膜化も進み、半導体製造工程における或
膜技術においても、従来問題とはならなかった微小な膜
厚の制御が必要となっている。従来の或膜装置のひとつ
に科学的気相戒長（以下ＣＶＤと称す）装置があり、こ
れを用いた戒膜方法において、所望ｙｉ膜の膜厚に制御
する方法として、いわゆるモニターウエハを利用する方
法がある．このモニターウエハに被着される膜厚をＣＶ
Ｄ装置外の膜厚測定装置でチヱソクし、所望の膜厚とな
るように威膜処理時間を決定し、その後、処理時間制御
のみで被処理ウエハ上の膜厚制御を行っている。しかし
、反応ガスの流量や処理温度、その他ウエハ周辺の環境
条件等の微妙な変化により、処理時間制御のみでは被処
理ウエハ上の薄膜はモニターウエハと同一の膜厚となら
ず、精度の高い、しかも再現性の良い膜厚制御が行えな
かった。

そこで、近年、薄膜の膜厚の制御方法として、ウエハ上
へ成膜処理を行う際、’ｉｉｉ　Ｈｕの戒長と同時に膜
厚の計測を行い、所望の膜厚になった時点で威膜処理を
停止し、膜厚制御の精度を向上させる試みがなされてい
る． 上記膜厚の計測方法として、通常レーザーや紫外線等を
ウエハ上の或膜表面に照射し、その反射光や散乱光を分
析する方法が開発されている。

第５図および第６図はこの種の従来の膜厚計測器を備え
たＣＶＤ装置の概略構威を示す断面図および平面図であ
る． 図において、（１）は戒膜処理が行われる反応室、（２
）は反応室（１）の周囲に複数に設けられた排気口、（
３）　？よ反応室（１）の周囲に対向して設けられた透
明窓、（４）は反応室ｆｌｌ上部に設けられたガスヘッ
ド、（５）はガスヘッド（４）の内部に反応ガスを供給
するガス供給口、（６）はガス供給口（５）よりガスヘ
ンド（４）の内部に供給された反応ガスを反応室ｆｉｌ
内に噴出する複数のガス噴出孔である。（７）は反応ガ
ス、（８）は被処理用ウエハ、（９）はウエハ（８）を
載置するステージ、０ωはステージ（９）に内股された
加熱用ヒーターである．　Ｑｌｌは膜厚計測器であり、
それぞれ透明窓（３）の外部に対向配置された投光部（
ｌｌａ）　と受光部（ｌｌｂ）とからなっている． 次に、このようにして構成されるＣＶＤ装置によるＩｆ
ｉ膜方法を説明する．まず、ステージ（９）上にウエハ
（８）を主画部を上部に向けてＲ置し、ステージ（９）
内のヒーターＱｌを作動させステージ（９）を加熱する
。この後、ガス供給口（５》よりガスヘッド（４）に反
応ガス〈７ａ）を供給し、ガスヘッド（４）に設けられ
た多数個のガス噴出孔（６）より反応ガス（７ｂ〉を噴
出させ、熱化学反応によってウェハ（８》上に薄膜を形
成する。

このとき、反応ガス（７ｂ）がウェハ（８冫の主面側全
面に、均一にゆきわたるように、ガスヘノド（４）の直
径はウェハ（８）より大きく、がっガスヘッド（４）の
位置はウエハ（８）の全面をおおう位置にある。ガスヘ
ソド《４）とウェハ（８）との間隔は、ガスの流量や温
度等にもよるが通常、数ｎ〜数１０ｍｍである。

また、ガスヘンド（４）の内部は空洞になっており、こ
こで反応室ｆｉｌに噴出される反応ガス（７ｂ）が均一
化になるようになっている。

このように、従来のＣＶＤ装置では、加熱ステージ（９
》上に載置されたウェハ（８）の主面側に対向して、数
ｍｍ〜数１０ｆｉの位置にガスヘッド（４）を有するた
め、ウエハ（８）に対して直角に光を照射して膜厚を計
測することは不可能である。そこで、第５図および第６
図に示したように、測定装置の投光部（Ｉｌａ）より透
明窓（３）を通して、ウェハ（８）上の戒膜表面に対し
て斜めに入射光（１２ａ）を照射し、その反射光（１２
ｂ）を照射用透明窓（３）と対向して位置する透明窓（
３）を通して受光部（ｌｌｂ）で受けて計測を行ってい
る． 〔発明が解決しようとする課題〕 従来の膜厚計測器を備えたＣＶＤ装置は以上のようであ
り、ｒＲＷｌｌの膜厚測定が正確に行えないものであっ
た． すなわち、ＣＶＤ装置におけるウェハ（８）とガスヘッ
ド（４）との間隔は通常、数ｕ〜数１ｏｎであるため、
第７図に示すように膜厚計測器からウェハ（８）に照射
するビーム光の投光および受光線とウェハ（８）上の或
膜面とのなす角度θは小さいものとなる． このため、膜厚測定をウェハ（８）上の成膜表面に対し
て浅い角度で行なうことになりウェハ（８）上の威膜表
面の微小なうねり等の影響をうけやすい．さらに、膜厚
測定時のビーム光（自）はウェハ（８）上の或膜表面に
対して斜めに入射され、それが測定箇所α→である広い
範囲に照射されるため、測定箇所０１を所望の狭い箇所
に特定することができない。

また、第６図で示すように、膜厚計測用の透明窓（３）
は排気孔（２）と同一の壁面に設置されているため、熱
せられた排気ガスがあたり、反応主生物が付着しやすい
。このため長期間使用していると透明窓《３》にくもり
が生し、入射光（１２ａ）および反射光（１２ｂ）の照
度をおとしてしまう原因になった．以上のように、従来
のＣＶＤ装置ではウェハ（８）上に戒膜された薄膜の膜
厚を正確に測定することが出来ず、ウェハ（８）上に薄
膜を再現性よく、安定に形戊することが出来ないという
問題点があった。

本発明は上記のような問題点を解消するためになされた
もので、基板上に或膜された薄膜の膜厚を精度良く、正
確に計測出来るようになされ、好適な膜厚計測が行われ
て品質の向上が図られる膜厚計測器を備えたＣＶＤ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〕

本発明に係る気相戒長装置は、被処理基板を収容し、膜
形或が行われる反応室と、 上記基板の上部に配設され、反応ガスを上記反応室に供
給する複数の孔が形成されたガス供給部と、 このガス供給部の上部に配設され、上記複数孔の一部を
介して上記基板に測定光を照射し、その反射光を受けて
上記基板に形成される膜を測定する測定部とを備えたも
のである。

〔作用〕

本発明における測定部は、基板の上部に配設され、その
測定光がガス供給部に有する孔を介して基板に照射され
、その反射光を受けて上記基板に形成される膜が測定で
きるようになされる。そのため、膜被着の影響が回避さ
れて膜測定を行うことができる． （実施例〕 以下、本発明の一実施例を図について説明する．なお、
従来の技術の説明と重複する部分は、適宜その説明を省
略する．第１図は本発明の第１の実施例の膜厚計測器を
備えたＣＶＤ装置の概略構威を示す断面図である．図に
おいて、（１１（２）および（４）〜Ｑｌは従来のもの
と同じもの、ａ９はガスヘッド（４）の上部側の一部に
設けられ、ガス噴出孔（６）を通してウエハ（８》の表
面が見られる透明窓、ｏｌは透明窓ａ一の外側に設けら
れた投受光両方の機能を備えた膜厚計測器、αηは膜厚
計測器Ｑｌより入射され、かつウエハ（８）から反射さ
れたビーム光である。

次に、このように構威される膜厚計測器を備えたＣＶＤ
装置を用いた威膜方法について説明する．まず、ステー
ジ（９１にウェハ（８）を！！２置し、ステージ（９）
を内蔵されているヒーターα呻によって加熱する。この
後、ガス供給口（５）よりガスヘッド（４）に反応ガス
（７ａ）を供給し、ガスへフド（４》に設けられた多数
個のガス噴出孔（６）より上記ウェハ（８）上に反応ガ
ス（７ｂ）を噴出させ、熱化学反応により、ウェハ（８
）上に薄膜を形或する．なお、未反応ガスは排気孔（２
）より外部に排出される． 上記、或膜処理中に膜厚計測器Ｏｆ９から透明窓αタお
よびガス噴出孔（６）を通して光ビームＯＤをウエハ（
８）上の薄膜表面に垂直に照射する。このウエハ（８）
表面に照射された光ビーム０７＋は、ウエハ（８）表面
で反射し、その反射光０乃がガス噴出孔（６）および透
明窓０！９を通って、再び、膜厚計測器αＱに入射され
る。

このとき、上記光ビームα力の反射光の波長分光特性を
膜厚計測器αＱを用いて調べることにより、堆積されつ
つあるウエハ（８）上の薄膜の膜厚をリアルタイムで計
測する。上記計測はウエハ（８）表面に対して垂直方向
から行える。その後、ウエハ（８）上の薄膜が所定の薄
膜になった時点で、或膜処理を停止する。このため、ウ
エハ（８）上の薄膜表面のうねり等の影響を受けること
はない．また、測定場所も指定された位置を保つことが
出来る。また、透明窓０′ｌＩ１はガスヘッド（４）上
にあるがウェハ加熱用のステージ（９）とは反対側に設
けられているため温度上昇することもない。したがって
、透明窓ｏ９への反応主生物の付着も非常に少ないので
長期間にわたって使用しても透明窓α９がくもることも
ない．このようにウエハ《８》表面の薄膜の膜厚を計測
し、成膜処理を行えば成膜処理中のウェハ（８）上の薄
膜の膜厚を正確に、かつ安定して計測することができ、
薄膜形成の制御を高精度に行なうことができるため、半
導体集積回路を形或すると品質の安定化が図れる． 第２図は本発明の第２の実施例を示す断面図である．こ
のものは、膜厚計測器０１が投光部（１８ａ）と受光部
（１８ｂ）　とからなっており、入射光（１９ａ）と反
射光（１９ｂ）　　との間に一定の角度をっけて入反射
させるものである． この場合、ガス噴出孔《６》も兼ね、入射光（１９ａ）
　，反射（１９ｂ）が通過する部分は、それに応じた角
度に形成されている。

第３図は本発明の第３の実施例を示す断面図である。上
記第１の実施例では透明窓α９をガス噴出孔（６》に対
応させる程度の大きさ、配置としたが、この場合、透明
窓ｅ１を複数のガス噴出孔《６》をおおうような大きさ
に形成しており、計測器α●をウェハ（８）の主面と平
行な方向に動かすことにより複数点での測定が行なえる
ようにしたものである。これによって、多点測定が可能
になり、より効果的である。

第４図は本発明の第４の実施例を示す断面図である。こ
の場合、第ｌの反応ガスの供給口（２ｌ）、第２の反応
ガスの供給口（２２）を有し、それぞれから供給される
ガス（２５）　（２６）が第１のガス噴出口（２３）、
第２のガス噴出口（２４）より噴出され、反応室（１１
で混合されるようになっている。いわゆる、ポストミッ
クスタイプである。このとき、第１のガス噴出孔（２３
）を通してウエハ（８）表面の膜厚計測を行うことにな
り、透明窓α９は第２の反応ガス（２６）と混合する前
の第Ｉの反応ガス（２１）にしかされないので透明窓０
９への反応主生物の付着は少なくなる。

なお、上記実施例の説明において、計測装置が膜厚測定
器である場合について述べたが、それに限らず、例えば
、ウエハ（８）上の微小異物測定器、あるいはドーパン
ト濃度測定器等でもよい。即ち、ウエハ（８）表面を上
方から計測して有効なものであれば同様の効果が得られ
る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、基板の上部にガス供給部
が設けられ、さらにその上部に測定部が設けられており
、この測定部からの測定光かつ、上記ガス供給部に設け
られた孔を介して、上記基板の表面に照射され、その反
射光を受けることによって上記基板に形成される膜を測
定するようになされている． そのため、上記基板への膜形成に寄与しない、反応室内
に付着する膜の影響が抑制され、高精度な制御が行なえ
る。これにより、好適な膜形成が行われ、半導体集積回
路の品質の向上が図られる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の膜厚計測器を備えたＣ
ＶＤ装置の概略構或を示す断面図、第２図は本発明の第
２の実施例のＣＶＤ装置の概略構威を示す断面図、第３
図は本発明の第３の実施例のＣＶＤ装置の概略構威を示
す断面図、第４図は本発明は第４の実施例のＣＶＤ装置
の概略構或を示す断面図、第５図は従来の膜厚計測器を
備えたＣＶＤ装置の概略構戊を示す断面図、第６図は従
来の膜厚計測器を備えたＣＶＤ装置の概略構戒を示す平
面図、第７図は従来の膜厚計測器による測定の際のウエ
ハ表面上での測定箇所を模式的に説明する図である。 図において、（１１は反応室、（４）はガスへ・７ド（
６）はガス噴出孔、｛７｝反応ガス、（８）はウェハ、
αυは計測器、（ｌｌａ）は投光部、（ｌｌｂ）は受光
部、（自）はビーム光．　（１２ａ）は入射光、（１２
ｂ）　は反射光、Ｑ［９は計測器、α刀はビーム光、ａ
＠は計測器、（１８ａ）　は投光部、（１８ｂ）は受光
部、α場はビーム光、（１９ａ）は入射光、（１９ｂ）
　　は反射光、（２３）は第１の反応ガスの噴出孔、（
２４）は第２の反応ガスの噴出孔、（２５）は第１の反
応ガス、（２６）は第２の反応ガスである．なお、各図
中同一符号は同一、又は相当部分を示す。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被処理基板を収容し、膜形成が行われる反応室と、上記
   基板の上部に配設され、反応ガスを上記反応室に供給す
   る複数の孔が形成されたガス供給部と、このガス供給部
   の上部に配設され、上記複数孔の一部を介して上記基板
   に測定光を照射し、その反射光を受けて上記基板に形成
   される膜を測定する測定部とを備えた気相成長装置。