JPH04130747A

JPH04130747A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JPH04130747A
Application number: JP25020890A
Authority: JP
Inventors: Mari Sasamori; 笹森　真理
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-09-21
Filing date: 1990-09-21
Publication date: 1992-05-01

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、半導体製造プロセスのうち、特に、半導体ウ
ェハ表面の薄膜の膜厚を変化させる加工工程を有する半
導体製造装置に適用して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体ウェハ表面の薄膜の膜厚を変化させる加工工程を
有する半導体製造１２１には、薄膜形成装置とエツチン
グ装置とがある。

薄膜形成装置については、「電子材料」、１９８９年３
月号、第３７頁から第６１頁において論じられている。

すなわち、薄膜形成装置として、たとえばＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装
置があり、このＣＶＤ装置は、薄膜材料を構成する元素
からなる化合物ガスをウェハ上に供給し、ウェハ表面で
の化学反応により所望の薄膜を形成するものである。

前記エツチング装置については、「月刊セミコンダクタ
ーワールド」、１９８８年１２月号、第９９頁から第１
０５頁において論じられている。

すなわち、エツチング装置として、たとえば反応性イオ
ンエツチング装置があり、この反応性イオンエツチング
装置は、反応性ガスプラズマを利用したドライエツチン
グ装置で、ウェハをエツチング室内に設着された電極上
に置いてエツチングするものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記した従来の半導体製造装置では半導体製
造プロセスにおける加工中の半導体ウェハ表面の薄膜膜
厚をモニタすることについては、配慮がされておらず、
たとえば成膜中に薄膜膜厚をモニタできず、成膜完了後
に膜厚モニタ装置にて膜厚測定を行っていたため、モニ
タした膜厚が目標値と一致しているか否かの判定および
そのフィードバックが遅れるという問題があった。

この問題点に対処するために、前記膜厚モニタ装置を半
導体製造装置内に設ける手段が考えられる。

しかし、前記膜厚モニタ装置においては、照射角を連続
的に変えることができるように、レーザ光源が旋回可能
に設けられる構造となっているので、半導体製造装置内
に前記レーザ光源を設けることは、スペース的に困難で
あるという問題があった。

本発明の目的は、半導体製造プロセスにおける加工中の
半導体ウェハ表面の膜厚をモニタする機能を備えた半導
体製造装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記膜厚のモニタをリアル
タイムで行える機能を備えた半導体製造装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の半導体製造装置は、複数のレーザ光
を半導体ウェハ表面の薄膜に照射する複数のレーザ光源
と、前記薄膜の表裏面からの反射光を検招する複数の検
出器とを備え、照射角、照射光強度、反射光強度、レー
ザ光波長などのパラメータに基づき、前記薄膜の膜厚を
測定する膜厚測定部を内蔵したものである。

〔作用〕

本発明の半導体製造装置によれば、複数のレーザ光源お
よび検出器を固定させた構造であるので、膜厚測定部を
半導体製造装置に容易に内蔵することができる。

したがって、ウェハ加工室内で半導体ウェハを加工しな
がらその表面の薄膜膜厚をリアルタイムで容易にモニタ
することができる。

また、モニタした膜厚データに基づき、目標値との判定
およびそのフィードバックを瞬時に行うことができる。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔実施例〕

本発明の一実施例である半導体製造装置を第１図〜第３
１！Ｉにより説明する。

第１ｔ！Ｉは、半導体製造装置内の膜厚測定部の概略構
成を示す。この膜厚測定部１においては、試料台２の上
に半導体ウェハ３が設置されている。

半導体ウェハ３の上方には第１および第２のレーザ光４
．５がそれぞれ異なる照射角θ１．θ２で同一箇所を照
射するように第１および第２のレーザ光源６，７が設着
されている。

また、ｊｉｌのレーザ光源６から半導体ウェハ３に第１
のレーザ光４が照射されて反射した反射光の光路上に第
１の検出器８が設置され、第２のレーザ光源７から半導
体ウェハ３に第２のレーザ光５が照射されて反射した反
射光の光路上に第２の検出器９が設置されている。

半導体ウェハ３に第１ふよび第２のレーザ光源６．７か
ら第１右よびｊＪ２のレーザ光４，５を照射する。この
ときの照射光強度は同じものとする。

これらのレーザ光４，５は半導体ウェハ３の表裏面でそ
れぞれ反射する。第２のレーザ光５を２本同−照射角θ
２で照射した場合の光路を第２図に示す。

すなわち、半導体ウェハ３上に膜厚ｄの薄膜１０が形成
されているものとする一薄膜１０の表面で反射した第２
のレーザ光５は、光路ＡＢを経て検出器９に至る。一方
、薄膜１００表面で屈折して薄膜１０内に入り、裏面で
反射した第２のレーザ光５は光路Ａ’ＣＤＢ’を経て検
出器９に至る第２のレーザ光５を２本同−照射角θ２で
照射した場合の光路は、前記第１のレーザ光４の場合と
ほぼ同様である。

そのため、薄膜１０の裏面で反射した第１および第２の
レーザ光４，５は、表面で反射した第１および第２のレ
ーザ光４．５とは式〔１）、（２）に示すように光路長
さが異なる。

（ＬＩ　　ＬＩ）　Ｉ　＝２ｄ　（ｎ２　ｓ　１ｎ’θ
Ｉ）ｈ・（１）（ＬＩ−ＬＩ）　２　＝　２　ｄ　（ｎ２−　ｓ　ｉ　
ｎ”θ２）残・・・（２）ただし、式（１）は第１のレーザ光４および第１の検出
器８について求まる式であり、式（２）は第２のレーザ
光５および第２の検出器９について求まる式である。ま
た、前記式（１）、　（２）における各々の光路差（Ｌ
１Ｌ２）　ＩＴ　（Ｌｌ−Ｌ−＞　２　は、各々の検出
器８，９で検出したレーザ光４．５の反射光強度を式（
３）、　（４）に代入することにより求まる。

なお、ｎは薄膜１０の屈折率である。

１１　　”　ＩｏＩＣＯＳ”　　Ｃπ／λ　（Ｌ、−Ｌ
Ｉ）　ｌ〕・・・（３）Ｉ２　＝　Ｉｎ２ＯＯＳ’　　［ｆｆ　／λ　（ＬＩ　
　ＬＩ）２］・・・（４）ただし、１１　　は第１の検出器８で検出した第１のレ
ーザ光４の反射光強度、工２　は第２の検出器９で検出
した第２のレーザ光５の反射光強度であり、Ｉａ＋は第
１のレーザ光４の照射時の照射光強度、Ｉｏ２は第２の
レーザ光５の照射時の照射光強度であり、さらに、λは
第１および第２のレーザ光４，５の波長で、同一である
。

したがって、第１図に示すように、第１および第２のレ
ーザ光４，５の照射時の照射光強度Ｉ０．。

■。、をモニタし、検出器８．９で検出した第１および
ｑＪ２のレーザ光４，５の反射光強度Ｉ＋、Ｌをモニタ
し、モニタした照射光強度Ｉ　、ｌ　＋　　Ｉ　ｏ２お
よび反射光強度１１．１２　を前記式（３）、　（４）
に代入することにより、光路差（Ｌ、−ＬＩ）　ＩＴ　
（Ｌ、−ＬＩ）　　が求まる。

この光路差（Ｌ１Ｌ２）　１．　（Ｌ１Ｌ２）　２　と
、あらかじめ求めておいた第１および第２のレーザ光４
．５の照射角θ１．θ２　とを前記式（１）、（２）か
ら導入される式（５）に代入することにより、薄膜１０
の膜厚ｄが求まる。

このような膜厚測定方式を備えた膜厚測定部１を半導体
製造装置としてのエツチング装置に内蔵した構造とする
。その概要を第３図に示す。

ウェハ加工室１１中の試料台２上に半導体ウェハ３を設
置する。また、ウェハ加工室１１の外部にレーザ光源６
，７および検出器８，９を設置する。ウェハ加工室１１
の側面には、レーザ光源６゜７から検出器８，９までの
光路を設けるために、窓１２が形成されている。

このように、エツチング装置において、ウェハ加工室１
１内に半導体ウェハ３表面の薄膜１０の膜厚ｄを測定す
る膜厚測定ａ１を設けたので、半導体ウェハ３を加工し
ながら薄膜１０の膜厚ｄを容易にモニタすることができ
る。

したがって、モニタした膜厚データに基づき、目標値と
の判定およびそのフィードバックを瞬時に行うことがで
きる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能
であることはいうまでもない。

たとえば、照射角θ１．θ２に代えて、照射角をθに固
定し、検出器を各１本ずつ配筐し、異なる照射光強度Ｉ
ｅ１．　　Ｉ６２のレーザ光を２本用いることにより、
膜厚ｄを求めることができる。

また、照射角をθに固定し、異なる波長λ１．λ、のレ
ーザ光を２本用いることにより、膜厚ｄを求めることが
できる。

以上の説明では、主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野である半導体製造装置を
エツチング装置に適用したが、これに限らず、ＣＶＤ装
置や検査装置に適用することができる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりで
ある。

（１）、複数のレーザ光源および検出器を固定させる構
造であるので、膜厚測定部を半導体製造装置に容易に内
蔵することができる。

（２）、したがって、ウェハ加工室内で半導体ウェハを
加工しながらその表面の薄膜膜厚をリアルタイムで容易
にモニタすることができる。

（３）８　また、モニタした膜厚データに基づき、目標
値との判定およびそのフィードバックを瞬時に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である半導体製造装置内の
膜厚測定部の概略構成を示す断面図、第２図は、膜厚測
定の方法を示す断面図、第３図は、エツチング装置に膜
厚測定部を内蔵適用した実施例を示す断面図である。ｌ・・・膜厚測定部、２・・・試料台、３・・・半導体
ウェハ　４・・・第１のレーザ光、５・・・第２のレー
ザ光、６・・・第１のレーザ光源、７・・・第２のレー
ザ光源、８・・・第１の検出器、９・・・第２の検出器
、１０・・・薄膜、１１・・・ウェハ加工室、１２・・
・窓、ｄ・・・膜厚。第図０　：第 υ−ンレー゛烹＝１゛尤ンノ９９：第２の検出器第図

Claims

【特許請求の範囲】１、複数のレーザ光を半導体ウェハ表面の薄膜に照射す
る複数のレーザ光源と、前記薄膜の表裏面からの反射光
を検出する複数の検出器とを備え、照射角、照射光強度
、反射光強度、レーザ光波長などのパラメータに基づき
、前記薄膜の膜厚を測定する膜厚測定部を内蔵したこと
を特徴とする半導体製造装置。２、前記膜厚測定部は、単一波長のレーザ光を２本異な
る照射角で照射したときのパラメータに基づき、前記薄
膜の膜厚を測定することを特徴とする請求項１記載の半
導体製造装置。３、前記膜厚測定部は、異なる波長のレーザ光を２本単
一照射角で照射したときのパラメータに基づき、前記薄
膜の膜厚を測定することを特徴とする請求項１記載の半
導体製造装置。