JPH11121444A - 絶縁膜形成装置および絶縁膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁膜の膜厚を精度良く測定すること。 【解決手段】 絶縁膜形成装置は、光学式膜厚検出部12
の一部を構成している光照射兼受光段120 と、反応室10
に連通して設けられた連通室14と、反応室の連通室の直
前に、入射光を遮断できる、開閉自在な遮蔽部16とを具
えていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、絶縁膜形成装置
および絶縁膜形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の絶縁膜形成装置（ＣＶＤ成長装
置）としては、文献Ｉ（特開平５−３１５２６６号公
報）に開示された装置がある。このＣＶＤ装置は、反応
室の側壁にレーザ光を入射する窓と当該入射光窓と対向
する側壁に反射光を受光させるための窓を具えている。
また、これらの窓の一方の窓の外部にレーザー照射部を
具え、他方の窓の外部に反射光を受光するための受光部
を具えている。

【０００３】また、受光部には、レーザ光を電気信号に
変換して膜厚に変換処理するための膜厚検出部が接続さ
れている。また、この膜厚検出部にはガスコントロール
部とＲＦパワーコントローラ部とが接続されている。こ
のため、絶縁膜の膜厚が予め設定された膜厚に到達した
時点でガスコントロール部とＲＦパワーコントローラ部
に膜厚検出部から終点信号を出力してＣＶＤ膜成長を自
動的に終了させる構成になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のＣＶＤ成長装置によれば、反応室でウエーハ上
に絶縁膜を成長させたとき、窓の内面にも生成物が付着
するため、レーザ光の強度が低下したり、付着物によっ
てレーザ光が屈折したりして、絶縁膜の膜厚を精度良く
測定することができなかった。

【０００５】また、バッチ型ＣＶＤ成長装置では、絶縁
膜の成長速度を一定にしてウエーハ上に絶縁膜を形成し
た場合でも、一ロット中の成膜工程途中或いはバッチ間
で成長速度が変化するので、一ロット中でのまたはバッ
チ間での絶縁膜の膜厚のばらつきが大きくなってしま
う。このため、製品の歩留が悪くなり、コストアップの
原因となっていた。

【０００６】そこで、絶縁膜の膜厚を精度良く測定でき
る絶縁膜形成装置およびロット内或いはバッチ間での絶
縁膜の膜厚ばらつきの少ない絶縁膜形成方法の出現が望
まれていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、この発明の絶
縁膜形成装置によれば、反応室と該反応室で成膜された
絶縁膜の膜厚を測定するための光学式膜厚検出部とを具
える絶縁膜形成装置において、光学式膜厚検出部は、絶
縁膜への入射光を照射しかつ絶縁膜からの反射光を受光
する光照射兼受光段を少なくとも具え、反応室は、この
反応室に連通させて設けられた連通室を具え、この連通
室に光照射兼受光段が取り付けられており、反応室の連
通室の直前に、入射光を遮断できる、開閉自在な遮蔽部
を具えることを特徴とする。

【０００８】この発明の絶縁膜形成装置によれば、光学
式膜厚検出部には、少なくとも光照射兼受光段を具え、
反応室に連通室を具え、当該反応室の連通室の直前に開
閉自在な遮蔽部を具えているので、絶縁膜の成膜時には
遮蔽部を閉じて成膜し、膜厚測定時には遮蔽部を開いて
膜厚測定することができる。このため、絶縁膜の成膜時
には成膜生成物が遮蔽部に付着して、光照射兼受光段ま
で回り込まなくなるため、当該光照射兼受光段の部分が
生成物により汚染されることはなくなる。したがって、
従来に比べ、ウエーハ上に形成された絶縁膜の膜厚を精
度良く測定することができる。

【０００９】また、この発明の実施に当り、好ましく
は、遮蔽部を、光照射兼受光段から絶縁膜を見通せる位
置に取り付けてあるのが良い。

【００１０】このように、遮蔽部を光照射兼受光段から
見通せる位置に取り付けてあるので、絶縁膜の膜厚を測
定するときは遮蔽部を開くことにより、照射光を絶縁膜
に入射させ、絶縁膜からの反射光を直接光照射兼受光段
に受光させることができる。

【００１１】また、この発明の実施に当り、好ましく
は、遮蔽部を回転式遮蔽板または可動式ゲート弁とする
のが良い。

【００１２】このような構成にすることにより、遮蔽部
を回転させて開閉させたり、遮蔽部をスライドをさせて
開閉させたりすることができる。

【００１３】また、この発明の実施に当り、好ましく
は、反応室内に上部電極と下部電極とを平行に設けかつ
上部電極の上部に連通室を設けたとき、光照射兼受光段
の光軸上にある上部電極領域に、光照射兼受光段から照
射した光と絶縁膜から反射された反射光とを通過させる
ための貫通孔を設けてあるのが良い。

【００１４】このような貫通孔を上部電極に設けること
により、遮蔽部を開にしたとき、光照射兼受光段から照
射された光を、貫通孔を通過させて絶縁膜に照射させ、
絶縁膜からの反射光を再度貫通孔を通過させて光照射兼
受光段で受光することができる。受光した光を電気信号
に光電変換させることにより絶縁膜の膜厚測定が可能と
なる。

【００１５】また、この発明の実施に当り、好ましく
は、遮蔽部を回転式遮蔽板としたとき、当該遮蔽部を回
転により開閉させるための回転機構部を設けてあるのが
良い。

【００１６】このように、回転式遮蔽板には、回転機構
部を設けてあるため、回転式遮蔽板の回転により開閉が
可能となる。したがって、回転式遮蔽板を所定の位置に
セットすることにより、入射光を絶縁膜に照射させた
り、または連結室を遮断させたりすることができる。

【００１７】また、この発明の実施に当り、好ましく
は、反応室内に設けられた下部電極に回転機構部を設け
てあるのが良い。

【００１８】このような構成にすることにより、連通室
に一個の光学式膜厚検出部を設けるだけで、下部電極を
回転させながら、当該下部電極上に搭載されている複数
のウエーハを入射光の下方に順次に搬送させて、複数個
の絶縁膜の膜厚測定が可能となる。

【００１９】また、この発明の反応室と光学式膜厚検出
部と連通室と開閉自在な遮蔽部とを具える絶縁膜形成装
置を用いて絶縁膜を形成する方法によれば、反応室内に
テストウエーハを設置してこのテストウエーハ上に第１
絶縁膜を成長させる工程と、その後、光学式膜厚検出部
により第１絶縁膜の膜厚を検出し、選出された膜厚とテ
スト成膜時間とから一回目の成長速度を決定する工程
と、遮蔽部を閉じた状態で一回目の成長速度を用いて、
目標膜厚よりも薄い膜厚で複数のプロセスウエーハ上に
第２絶縁膜を成膜させる工程と、その後、前記遮蔽部を
開にした状態で光学式膜厚検出部により各プロセスウエ
ーハ上に形成された第２絶縁膜の膜厚を検出する工程
と、検出された膜厚から平均膜厚を求める工程と、この
平均膜厚とプロセス成形時のプロセス成形時間から二回
目の成長速度を求める工程と、二回目の成長速度と膜厚
の設計許容ばらつきとから最小成膜時間を決定する工程
と、最小成膜時間を用いて前記第２絶縁膜上にさらに該
第２絶縁膜を成膜する工程と第２絶縁膜の膜厚を検出す
る工程とを交互に繰り返して前記目標膜厚の値に達した
とき成膜工程を終了する工程とを含むことを特徴とす
る。

【００２０】この発明の絶縁膜形成方法によれば、成膜
途中で、絶縁膜の膜厚の平均値を取り、この平均膜厚と
プロセス成膜時間とから二回目の成長速度を求め、その
後、最小成膜時間により成膜工程および膜厚測定の工程
を交互に繰り返して第２絶縁膜上に成膜を行って目標膜
厚にする。このため、目標膜厚の設計許容ばらつき内に
絶縁膜の膜厚のばらつきを抑制することができる。ま
た、バッチ間での絶縁膜の膜厚のばらつきも従来に比べ
て低減することが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
絶縁膜形成装置および絶縁膜形成方法の実施の形態につ
き説明する。なお、図１〜図５は、この発明が理解でき
る程度に各構成成分の形状、大きさおよび配置関係を概
略的に示してあるにすぎない。

【００２２】［第１の実施の形態の絶縁膜形成装置の構
造］図１および図２を参照して、この発明の第１の実施
の形態の絶縁膜形成装置、特にプラズマＣＶＤ（ＰＣＶ
Ｄ）装置を例に取りその主要構造につき説明する。な
お、図１は、第１の実施の形態のＰＣＶＤ装置の主要構
造を説明するための断面図であり、図２は、遮蔽部を回
転により開閉するための第１回転機構部、下部電極を回
転させるための第２回転機構部よび光学式膜厚検出部か
ら得られた膜厚データを処理するための演算処理部等を
説明するための構成図である。なお、図１および図２で
は、発明に係る構成成分のみを示しているにすぎず、実
際にはここに示す以外の構成部品が多数搭載されている
が、ここではそれらを省略して示す。

【００２３】このＰＣＶＤ装置には、原料ガスを供給し
て反応させるための反応室１０と、当該反応室１０内に
上部電極１８、下部電極２２、排気管２４およびガス導
入管２６等が設けられている。なお、これらの構成は、
公知の構成成分と同様であるので、その詳細な説明は省
略する。

【００２４】この発明の第１の実施の形態のＰＣＶＤ装
置では、光学式膜厚検出部１２と連通室１４と開閉自在
な遮蔽部１６とを具えている。

【００２５】第１の実施の形態では、光学式膜厚検出部
１２は、発光源からの光をウエーハ２８上に形成された
絶縁膜に照射し、絶縁膜からの反射光を受光する光照射
兼受光段１２０と、この光照射兼受光段１２０で受光し
た光を電気信号に変換して膜厚を算出するための膜厚検
出処理部１２２とにより構成されている。

【００２６】そして、光照射兼受光段１２０は、発光源
（例えばハロゲンランプと重水素ランプ）、ビームスプ
リッター、対物レンズ、入射アバーチャ部、ホログラフ
ィック回折格子およびリニアアレー光電変換素子（いず
れも図示せず）等から構成されている。

【００２７】このため、発光源から発光した光は、ウエ
ーハ表面に照射される。ウエーハ表面で反射された反射
光は、アバーチャ部に結像され、ピンホール・アバーチ
ャを通過した光だけがホログラフィック回折格子により
分光されリニアアレー光電変換素子に入射する。このリ
ニアアレー素子により各波長での反射強度として膜圧を
検出することができる。ここでは、光学式膜厚検出部１
２として、例えばナノメトリクス社製の商品名：ナノス
ペック（モデル６０００）を用いる。

【００２８】また、反応室１０には、この反応室１０に
連通させて、連通室１４を設けてある。ここでは、連通
室１４を例えば円筒状の形状とする。そして、連通室１
４の上部には、光照射兼受光段１２０が取り付けられて
いる。また、連通室１４は、反応室１０に接続されてい
る。好ましくは、連通室１４と反応室１０と接続部は、
封着されているのが良い。なお、ここでは、連通室１４
と反応室１０とを個別に形成した例につき説明したが、
連通室１４を反応室１０と一体化して形成しても良い。

【００２９】第１の実施の形態では、反応室１０の連通
室１４の直前に、入射光を遮断できる、開閉自在な遮蔽
部１６を具えている。ここでは、遮蔽部１６を回転式遮
蔽板とする。そして、この回転式遮蔽板１６は、光照射
兼受光段１２０からウエーハ２８上に形成された絶縁膜
が見通せる位置に取り付けてある。すなわち、ここでは
回転式遮蔽板１６を反応室１０の上壁１０ａに取り付け
てある。

【００３０】また、この回転式遮蔽板１６には、第１回
転機構部１００が設けられている（図２）。

【００３１】この第１回転機構部１００は、例えばモー
タ１０２、電磁開閉器１０４および電源１０６により構
成されている。この第１回転機構部１００は回転式遮蔽
板１６に接続されている。

【００３２】また、第１回転機構部１００の電磁開閉器
１０４は、回転制御部６００に接続されている。したが
って、後述するＣＰＵによって回転制御部６００から制
御信号を出力させて第１回転機構部１００の電磁開閉器
１０４を制御することにより、回転式遮蔽板１６を任意
好適な位置に回転移動を自在に行うことができる。

【００３３】すなわち、回転式遮蔽板１６を閉状態から
開状態にする場合は、回転制御部６００からの制御信号
を電磁開閉器１０４に入力させてスイッチをオンにす
る。電磁開閉器１０４のスイッチがオンになると、モー
タ１０２に電圧が印加されてモータ１０２が回転駆動す
る。ここでは、モータ１０２と回転式遮蔽板１６とは接
続されているので、モータ１０２の回転に追従して回転
式遮蔽板１６が回転する。

【００３４】すなわち、回転式遮蔽板１６が例えば９０
度回転した時点で、回転制御部６００の制御信号により
電磁開閉器１０４のスイッチをオフにする。このとき、
連通室１４と反応室１０との間は開状態となる。

【００３５】一方、回転式遮蔽板１６を閉状態にする場
合は、後述するＣＰＵによって回転制御部６００から制
御信号を出力させ第１回転機構部１００の電磁開閉器１
０４を制御することにより、すなわちモータの回転を逆
回転になるように結線されたスイッチに切り替えること
により、モータ１０２を逆回転させて、回転式遮蔽板１
６を、元の位置に戻す。

【００３６】また、上部電極１８には、光照射兼受光段
１２０の光軸上に貫通孔２０を設けてある。この貫通孔
２０をここでは例えば円形状の孔とする。このような貫
通孔２０を設けることにより、絶縁膜の膜厚測定の際に
は、光照射兼受光段１２０からの光を貫通孔２０を通過
してウエーハ２８上に形成された絶縁膜に照射させ、そ
の反射光を光照射兼受光段１２０に受光させることがで
きる。

【００３７】また、下部電極２２には、第２回転機構部
２００が連結されている。この第２回転機構部２００も
上述した第１回転機構部１００と同様な構成にすること
により、下部電極２２を回転させ、所定の位置にウエー
ハ２８をセットすることができる。

【００３８】また、第１の実施の形態では、膜厚検出処
理部１２２と接続させて演算処理部３００を設けてあ
る。この演算処理部３００として、例えばマイクロコン
ピュータ（ＣＰＵ）を用いる。このＣＰＵ３００は、Ｒ
Ｆパワー制御部４００、ガス制御部５００、回転制御部
６００および膜厚算出部７００を有している。なお、Ｐ
Ｆパワー制御部４００およびガス制御部５００は周知の
技術であるので、これらの詳細な説明を省略する。ま
た、当然ながらＣＰＵ３００はメモリ（図示せず）を有
していて外部から入力手段を用いておよび測定されて入
力された情報やＣＰＵ内で演算された情報を一時的に読
み出し自在に保持できる構成となっている。また、ＣＰ
Ｕ３００には、適当なタイマ機能をもたせてある。

【００３９】このＣＰＵ３００では、膜厚検出処理部１
２２からの膜厚データを入力して絶縁膜の平均膜厚や絶
縁膜の成長速度等を算出したり、遮蔽板の開閉を制御し
たり、ＰＣＶＤ装置の始動・停止を制御したりする。

【００４０】ＰＦパワー制御部４００およびガス制御部
５００は、成膜時のＲＦパワーの始動・停止および反応
ガスの供給・停止等を自動的に行わせるための制御信号
（オン・オフ信号）を出力する。

【００４１】また、回転制御部６００は、第１回転機構
部１００の電磁開閉器１０４と光学式膜厚検出部１２に
接続されており、遮蔽板１６を開閉させたり、光学式膜
厚検出部１２により絶縁膜の膜厚を測定するための制御
信号を出力させる。

【００４２】また、膜厚算出部７００は、光学式膜厚検
出部１２から絶縁膜の検出信号を入力して膜厚や平均膜
厚を算出する。

【００４３】第１の実施の形態では、連通室１４と反応
室１０との間に回転式遮蔽板１６を設けている。このた
め、絶縁膜の成膜時には、回転式遮蔽板１６が閉状態と
なっているので、成膜物質は回転式遮蔽板１６に付着す
る。このように回転式遮蔽板１６によって光照射兼受光
段１２０は遮蔽されるため、当該光照射兼受光段１２０
の部分を清浄な状態に保持することができる。

【００４４】絶縁膜の膜厚測定時には回転式遮蔽板１６
を開状態にして光照射兼受光段１２０から光をウエーハ
２８上に形成された絶縁膜に照射させ、この反射光を光
照射兼受光段１２０で検出するので、従来に比べ、絶縁
膜の膜厚を精度良く測定することが可能となる。

【００４５】［第２の実施の形態の絶縁膜形成装置の構
造］次に、図３を参照して、この発明の第２の実施の形
態の絶縁膜形成装置、特に真空蒸着装置の主要構造につ
き説明する。なお、図３は、第２の実施の形態の真空蒸
着装置の主要構造を説明するために供する断面図であ
る。

【００４６】第２の実施の形態では、光学式膜厚検出部
１２を真空チャンバ１１の側壁に取り付けてあり、真空
チャンバ１１の連通室１４の直前に回転式遮蔽板１６を
取り付けてある。光照射兼受光段１２０の光軸上にはウ
エーハ２８が設置されている。ウエーハ２８は、サセプ
タ３０に搭載されており、このサセプタ３０は回転軸３
２に連結されている。

【００４７】また、蒸着ソース源３４は、反応室１０の
下側に設けられている。ここでは、この蒸着ソース源３
４を例えばＳｉＯ₂ とする。

【００４８】回転軸３２には、第２回転機構部２００が
連結されている。したがって、第２回転機構部２００を
動作制御することによりウエーハ２８を任意好適な位置
にセットすることができる。

【００４９】第２の実施の形態は、上述した第１の実施
の形態の実施例と同様にして回転式遮蔽板１６を、絶縁
膜の成膜時には閉状態にして絶縁膜を成膜し、絶縁膜の
膜厚測定時には、回転式遮蔽板１６を開状態にして膜厚
測定を行うことができるので、絶縁膜の膜厚を精度良く
測定することができる。なお、回転式遮蔽板１６の開閉
動作については上述した第１の実施の形態と同様なので
ここではその詳細な説明を省略する。

【００５０】［第３の実施の形態の絶縁膜形成装置の構
造および動作］次に、図４を参照して、この発明の第３
の実施の形態の絶縁膜形成装置、特にＰＣＶＤ装置の構
造および遮蔽部の開閉動作につき説明する。なお、図４
の（Ａ）および（Ｂ）は、第３の実施の形態のＰＣＶＤ
装置の主要構造と遮蔽部の動作を説明するために供する
断面図である。また、図４の（Ｃ）は、ゲート弁の構造
を説明するための切り口断面を示す図である。

【００５１】第３の実施の形態では、反応室１０と連通
室１４とが連通している反応室１０の上部に遮蔽部３６
を設けてある。ここでは、遮蔽部３６として、可動式ゲ
ート弁を用いる。また、連通室１４には、当該連通室１
４内を独立して真空排気できるように排気管３８を設
け、連通室１４内と反応室１０内との圧力差をもたせる
リーク管４０を設けてある（図４の（Ａ）および
（Ｂ））。その他の装置構成は、上述した第１の実施の
形態の装置構成と同様である。

【００５２】次に、図４の（Ｃ）を参照して、可動式ゲ
ート弁３６の主要構造につき説明する。

【００５３】可動式ゲート弁３６は、例えば市販されて
いる圧力差を利用して開閉するタイプのものを用いる。

【００５４】ゲート弁３６は、ガイド部３６０および３
６２と遮蔽板３６４と移動部材３６６とから構成されて
いる。遮蔽板３６４はガイド部３６０および３６２に挿
入されていて、かつ移動部材３６６と連結されている。
したがって、移動部材３６６が左右に移動すると、遮蔽
板３６４も左右に移動するので、連通室１４と反応室１
０との間を開閉することができる。

【００５５】すなわち、可動式ゲート弁３６を閉状態に
する場合は、移動部材３６６を右側に移動させて、連通
孔１３を遮蔽板３６４で閉じる。その後、反応室１０に
取り付けられたリーク管４０を用いて連通室１４内の圧
力を反応室１０内の圧力よりも高くする。このように圧
力差を持たせることにより、遮蔽板３６４をパッキン
（図示せず）に気密接触させることができる。

【００５６】一方、可動式ゲート弁３６を開状態にする
ときは、排気管３８を用いて連通室１４の室内を真空排
気して連通室１４の圧力と反応室１０の圧力とをほぼ同
一な圧力にして、その後、移動部材３６６を左方向に移
動させる。その結果、遮蔽板３６４も左方向に移動して
連通孔１３を開状態にする（図４の（Ｂ））。

【００５７】この移動部材３６６は、上述した第１回転
機構部１００に接続されているので、モータ１０２を駆
動させることにより、回転運動を直線運動に変換して移
動部材３６６を往復運動させることができる。

【００５８】このような可動式ゲート弁３６を用いるこ
とにより、反応室１０と連通室１４とを分離して独立さ
せたり、反応室１０と連通室１４とを連通させたりする
ことができる。したがって、絶縁膜の成膜時に可動ゲー
ト弁３６を閉状態にしておけば、原料ガスが連通室１４
内に回り込むのを実質的に防止することができる。この
ため、光照射兼受光段１２０の部分の清浄度が第１の実
施の形態に比べ、さらに向上する。絶縁膜の膜厚測定を
行った場合は、可動式ゲート弁３６を開状態にすれば、
絶縁膜の膜厚を精度良く測定することが可能となる。

【００５９】［第４の実施の形態の絶縁膜形成装置の構
造］次に、図５を参照して、この発明の第４の実施の形
態の絶縁膜形成装置、特にＰＣＶＤ装置の構造につき説
明する。なお、図５は、第４の実施の形態のＰＣＶＤ装
置の主要構造を説明するための断面図である。

【００６０】第４の実施の形態では、連通室１４および
光学式膜厚検出部１２を３個取り付けた例である。ま
た、上部電極１８にも貫通孔２０を３個設けてある。そ
の他の構成成分は第１の実施の形態と同様である。

【００６１】このように、第４の実施の形態では、光照
射兼受光段１２０を３個設けてあるので、一枚のウエー
ハ上に形成された絶縁膜の中心部或いは外周部の膜厚の
分布状態を測定することができる。したがって、ウエー
ハ上に形成された絶縁膜の膜厚について、３か所の平均
膜厚を求めることにより膜厚の異常値を除去することが
できる。

【００６２】第４の実施の形態のＰＣＶＤ装置の下部電
極２２には第２回転機構部２００が連結されている。し
たがって、下部電極２２を回転させウエーハ上に形成さ
れた絶縁膜の膜厚測定をすることにより、３個の光学式
膜厚検出部１２を用いて、複数個のウエーハ上に形成さ
れた絶縁膜の膜厚を測定すことができる。

【００６３】［絶縁膜形成方法」次に、図２および図６
を参照して、この発明の絶縁膜形成方法の実施の形態に
つき説明する。なお、絶縁膜を形成する装置としては、
第１の実施の形態に用いたＰＣＶＤ装置を用いる。

【００６４】まず、反応室１０内にテストウエーハを設
置する。次に、ＰＣＶＤ装置を始動させ、外部の入力部
（図示せず）からＣＰＵ３００を駆動する指令を入力す
る。この指令に応答して、ＣＰＵ３００の回転制御部６
００から第１回転機構部１００の電磁開閉器１０４に制
御信号を出力して遮蔽板（シャッタともいう）１６を閉
状態にする。ここでは、電磁開閉器１０４に制御信号が
出力されると、電磁開閉器１０４のスイッチがオンして
モータ１０２に電源１０６から電圧が印加されてシャッ
タ１６が閉状態になるまでモータ１０２を回転させる。

【００６５】次に、プロセス時の成長速度を求めるた
め、テストウエーハ上に第１絶縁膜を成膜する（図６の
Ｓ１）。

【００６６】このため、シャッタ１６が閉状態になった
ことに応答してＣＰＵ３００のＲＦパワー制御部４００
とガス制御部５００とからオン信号を出力する。このオ
ン信号に応動して原料ガスをガス導入管２６から反応室
１０に供給し、かつ上部電極１８に高周波電圧を印加す
る。このときのガス流量、高周波電圧およびその他の所
要の成膜条件をメモリに設定しておく。このようにし
て、テストウエーハ上に第１絶縁膜が成膜される。この
成膜は、予めＣＰＵ３００のタイマに設定しておいた成
膜時間経過後に、両制御部４００および５００を停止さ
せることにより、終了する。

【００６７】次に、光学式膜厚検出部１２により第１絶
縁膜の膜厚を測定する（図６のＳ２）。

【００６８】第１絶縁膜を測定するときは、所定の成膜
時間が経過した時点でＣＰＵ３００からオフ信号を両制
御部４００および５００に出力してＰＣＶＤ装置を停止
する。このオフ信号に応答して、ＣＰＵ３００の回転制
御部６００から制御信号を電磁開閉器１０４に出力して
モータ１０２を逆回転させ、シャッタ１６を開状態にセ
ットする。同時に、回転制御部６００からの制御信号を
光学式膜厚検出部１２に出力して第１絶縁膜の膜厚の測
定を開始する。ここでは、テストウエーハ上に形成され
た第１絶縁膜の膜厚を例えば８００ｎｍとし、テスト成
膜時間を例えば４０分とする。

【００６９】次に、検出された膜厚とテスト成膜時間と
から一回目の成長速度を決定する（図６のＳ３）。

【００７０】ＣＰＵ３００では、成膜を開始した時間と
終了した時間とが計測されているので、終了時間から開
始時間を減算してテスト成膜時間（ここでは４０分）が
わかる。したがって、ＣＰＵ３００の膜厚算出部７００
では、このテスト成膜時間の情報と検出された第１絶縁
膜の膜厚（ここでは８００ｎｍ）の情報から一回目の成
長速度が算出される。すなわち、一回目の成長速度をＶ
₁ とすると、 Ｖ₁ ＝８００／４０＝２０ｎｍ／分 となる。

【００７１】次に、一回目の成長速度を用いて、プロセ
スウエーハ２８上に目標膜厚（設計膜厚ともいう）より
薄い第２絶縁膜を成膜する（図６のＳ４）。

【００７２】第２絶縁膜を成膜するには、まず、反応室
１０からテストウエーハを取り出して、プロセスウエー
ハ２８を搭載する。ここでは、プロセスウエーハを２個
搭載した例につき説明する。

【００７３】ここでは、一回目の成長速度を用いて、設
計膜厚より薄い膜厚で第２絶縁膜を成膜する。そのた
め、まず、プロセス成膜時間を４０分と設定し、かつ設
計膜厚を例えば１０００ｎｍと設定する。なお、ここで
は、第２絶縁膜を設計膜厚よりも薄い膜に成膜するの
で、例えば第２絶縁膜を８００ｎｍ程度と設定する。

【００７４】上述したテストウエーハ上に第１絶縁膜を
成膜したときと同様にして、外部の入力部からＣＰＵ３
００に駆動する指令を入力する。この指令に応答して回
転制御部６００から制御信号を電磁開閉器１０４に出力
して、シャッタ１６を閉状態にする。シャッタ１６が閉
状態になったことに応答して、ＣＰＵ３００のＲＦパワ
ー制御部４００とガス制御部５００とからオン信号をＰ
ＣＶＤ装置に出力してプロセスウエーハ上に第２絶縁膜
を成膜する。このとき、一回目の成長速度を用いて、設
計膜厚より薄い膜厚で第２絶縁膜を成膜する。この成膜
をテストケースのガス流量、高周波電圧およびその他の
所要の成膜条件で行う。

【００７５】次に、複数のプロセスウエーハ上に形成さ
れた第２絶縁膜の膜厚を測定して平均膜厚を求める（図
６のＳ５）。

【００７６】所定のプロセス成膜時間を経た後、ＣＰＵ
３００のＲＦパワー制御部４００とガス制御部５００と
からオフ信号をＰＣＶＤ装置に出力して第２絶縁膜の成
膜を停止する。このオフ信号に応答して、ＣＰＵ３００
の回転制御部６００から制御信号を電磁開閉器１０４に
出力してモータ１０２を回転させ、シャッタ１６を開状
態にセットする。同時に、回転制御部６００からの制御
信号を光学式膜厚検出部１２に出力して第２絶縁膜の膜
厚を測定する。このとき、第２回転機構部２００を駆動
させると、下部電極２２が回転するので２個のプロセス
ウエーハ２８上に形成された第２絶縁膜の膜厚を順次に
測定することができる。ここでは、２個の第２絶縁膜の
膜厚を、例えば８１０ｎｍおよび８３０ｎｍとする。

【００７７】膜厚算出部７００では、これらの第２絶縁
膜の膜厚情報を光学式膜厚検出部１２から入力して平均
膜厚を算出する。ここでは、第２絶縁膜の平均膜厚は、
８２０ｎｍとなる。

【００７８】次に、平均膜厚とプロセス成膜時間を用い
て、二回目の成長速度を求める（図６のＳ６）。

【００７９】すなわち、ＣＰＵ３００では、膜厚算出部
７００から算出された平均膜厚とプロセス成膜時間（プ
ロセス成膜時の成膜を終了した時間−成膜を開始した時
間）とから二回目の成長速度を算出する。ここでは、プ
ロセス成膜時間は４０分、平均膜厚は８２０ｎｍである
から二回目の成長速度Ｖ₂ は Ｖ₂ ＝８２０／４０＝２０．５ｎｍ／分 となる。このＶ₂ 情報をメモリに記憶させる。

【００８０】次に、この二回目の成長速度と膜厚の設計
許容ばらつき（誤差）とから最小成膜時間を決定する
（図６のＳ７）。ここでは、設計許容誤差を例えば１０
００±１０ｎｍとする。なお、この設計許容誤差は予め
ＣＰＵ３００のメモリに記憶させておく。したがって、
ＣＰＵ３００の膜厚算出部７００では、この設計許容誤
差（１０ｎｍ）と二回目の成長速度（２０．５ｎｍ／
分）とから最小成膜時間を算出する。すなわち、第２絶
縁膜を１０ｎｍだけ成長させるために要する最小成膜時
間Ｔ_min は Ｔ_min ＝６０（秒）×１０ｎｍ／２０．５≒２９．３
（秒） となる。すなわち、約２９．３秒で第２絶縁膜の膜厚が
１０ｎｍ成膜されることになる。

【００８１】次に、最小成膜時間を用いて第２絶縁膜上
にさらに第２絶縁膜を堆積させて設計膜厚になるまで、
第２絶縁膜を成膜する工程と膜厚を検出する工程とを交
互に連続的に繰り返す（図６のＳ８）。ここでは、上述
したと同様な制御を行って、ＣＰＵ３００からの制御信
号により、ＰＣＶＤ装置の始動・停止、シャッタ１６の
開閉および光学式膜厚検出部１２の検出を繰り返して、
第２絶縁膜上にさらに第２絶縁膜を堆積させる。この実
施の形態では、例えば１８回の成膜工程を繰り返す。こ
のとき、第２回転機構部２００を駆動させて、下部電極
２２を回転させ、光学式膜厚検出部１２を用いて２個の
プロセスウエーハ上に形成した第２絶縁膜の膜厚を測定
する。

【００８２】次に、第２絶縁膜の膜厚が、設計膜厚値に
達したとき成膜工程を終了する（図６のＳ９）。ここで
は、２個のプロセスウエーハ上に形成された第２絶縁膜
の膜厚が９９０ｎｍと１０１０ｎｍに達した時点でＰＣ
ＶＤ装置からプロセスウエーハを取り出す。

【００８３】上述したように、この発明の絶縁膜形成方
法では、複数のウエーハ上に形成された第２絶縁膜から
平均膜厚を求めて二回目の成長速度としている。このた
め、従来は、ウエーハの一点測定で偶然に異常値が検出
された場合、この異常値で絶縁膜の成膜がなされていた
ため、バッチ間での絶縁膜の膜厚のばらつきは非常に大
きくなっていたが、この発明では、膜厚の異常値を回避
することができる。この結果、バッチ間での絶縁膜の膜
厚のばらつきも小さくすることができる。

【００８４】また、この発明の絶縁膜の形成方法では、
ＣＰＵ３００は、膜厚検出処理部１２２からの膜厚デー
タを得て、一回目および二回目の成長速度、および平均
膜厚を自動的に計算している。

【００８５】上述した第１および第３の実施の形態で
は、下部電極２２を回転して一個の光学式膜厚検出部１
２で複数の絶縁膜の膜厚測定をする例につき説明した
が、何らこれに限定されるものでななく、複数のウエー
ハが設置されているウエーハの上側にウエーハと同数の
光学式膜厚検出部１２を設けても良い。

【００８６】さらに、最小成膜時間を用いて第２絶縁膜
上に、さらに第２絶縁膜を堆積させて、設計膜厚になる
まで、成膜工程と膜厚検出工程とを交互に繰り返す時に
（図６のＳ８）、毎回成膜速度を計算して次回の最小成
膜時間に反映させると、ますますバッチ間のばらつきを
小さくできる。

【００８７】

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明の絶縁膜形成装置によれば、反応室の連通室の直前
に、入射光を遮断できる、開閉自在な遮蔽部を具えてい
るので、絶縁膜の成膜時にはこの遮蔽部を閉状態にして
成膜し、膜厚測定時にはこの遮蔽部を開状態にして絶縁
膜の膜厚測定を行うことができる。したがって、成膜時
には成膜生成物が遮蔽部に付着するので、光照射兼受光
段の表面を常時清浄な状態に保持しておくことができ
る。したがって、従来に比べ、絶縁膜の膜厚を高精度で
測定することができる。

【００８８】また、この発明の絶縁膜形成方法によれ
ば、目標膜厚に成膜するとき、絶縁膜の膜厚を目標膜厚
以下に成膜した後、第２絶縁膜の平均膜厚とプロセス成
膜時間とから二回目の成長速度を求めて、当該二回目の
成長速度と設計許容ばらつきとから最小成膜時間を決定
している。その後、最小成膜時間で成膜する工程と膜厚
測定とを交互に繰り返して目標膜厚まで成膜するので、
１ロット毎のプロセスウエーハに形成される絶縁膜の膜
厚のばらつきを低減することができると共に、バッチ間
でのばらつきも低減できる。したがって、絶縁膜の膜厚
のばらつきの低減は、キャパシタ容量のばらつきを抑制
するので、この絶縁膜を使用して半導体素子を構成した
場合、半導体素子特性の向上或いは素子の歩留りの向上
が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態の絶縁膜形成装置
の主要構造を説明するために供する断面図である。

【図２】この発明の第１の実施の形態の絶縁膜形成装置
に使用する回転機構部、演算処理部および制御部を説明
するための構成図である。

【図３】この発明の第２の実施の形態の絶縁膜形成装置
の主要構造を説明するために供する断面図である。

【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の第３の実施の形
態の絶縁膜形成装置の主要構造および遮蔽部の動作を説
明するために供する断面図である。

【図５】この発明の第４の実施の形態の絶縁膜形成装置
の主要構造を説明するために供する断面図である。

【図６】この発明の絶縁膜形成方法を説明するために供
するフローチャート図である。

【符号の説明】

１０：反応室 １１：真空チャンバ １２：光学式膜厚検出部 １３：連通孔 １２０：光照射兼受光段 １２２：膜厚検出処理部 １４：連通室 １６：回転式遮蔽板 １８：上部電極 ２０：貫通孔 ２２：下部電極 ２４、３８：排気管 ２６：ガス導入管 ２８：ウエーハ ３０：サセプタ ３２：回転軸 ３４：蒸着ソース源 ３６：可動式ゲート弁 ４０：リーク管 １００：第１回転機構部 １０２：モータ １０４：電磁開閉器 １０６：電源 ２００：第２回転機構部 ３００：演算処理部（ＣＰＵ） ３６０、３６２：ガイド部 ３６４：遮蔽板 ３６６：移動部材 ４００：ＰＦパワー制御部 ５００：ガス制御部 ６００：回転制御部 ７００：膜厚算出部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応室と該反応室で成膜された絶縁膜の
   膜厚を測定するための光学式膜厚検出部とを具える絶縁
   膜形成装置において、 前記光学式膜厚検出部は、前記絶縁膜への入射光を照射
   しかつ該絶縁膜からの反射光を受光する光照射兼受光段
   を少なくとも具え、 前記反応室は、該反応室に連通させて設けられた連通室
   を具え、 該連通室に前記光照射兼受光段が取り付けられており、 前記反応室の前記連通室の直前に、前記入射光を遮断で
   きる、開閉自在な遮蔽部を具えることを特徴とする絶縁
   膜形成装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の絶縁膜形成装置におい
   て、前記遮蔽部を、前記光照射兼受光段から前記絶縁膜
   を見通せる位置に取り付けてあることを特徴とする絶縁
   膜形成装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の絶縁膜形成装置におい
   て、前記遮蔽部を回転式遮蔽板または可動式ゲート弁と
   することを特徴とする絶縁膜形成装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の絶縁膜形成装置におい
   て、前記反応室内に上部電極と下部電極とを平行に設け
   かつ前記上部電極の上部に前記連通室を設けたとき、前
   記光照射兼受光段の光軸上にある前記上部電極領域に、
   前記光照射兼受光段から照射した光と前記絶縁膜から反
   射された反射光とを通過させるための貫通孔を設けてあ
   ることを特徴とする絶縁膜形成装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の絶縁膜形成装置におい
   て、前記回転式遮蔽板を回転させてこれを開閉させるた
   めの回転機構部を設けてあることを特徴とする絶縁膜形
   成装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の絶縁膜形成装置におい
   て、前記下部電極に連結させて回転機構部を設けてある
   ことを特徴とする絶縁膜形成装置。
7. 【請求項７】 反応室と光学式膜厚検出部と連通室と開
   閉自在な遮蔽部とを具える絶縁膜形成装置を用いて絶縁
   膜を形成するに当り、 前記反応室内にテストウエーハを設置して該テストウエ
   ーハ上に第１絶縁膜を成長させる工程と、 その後、前記光学式膜厚検出部により前記第１絶縁膜の
   膜厚を検出する工程と、 検出された膜厚とテスト成膜時間とから一回目の成長速
   度を決定する工程と、 前記遮蔽部を閉じた状態で一回目の成長速度を用いて、
   目標膜厚よりも薄い膜厚で複数のプロセスウエーハ上に
   第２絶縁膜を成膜させる工程と、 その後、前記遮蔽部を開にした状態で前記光学式膜厚検
   出部により各プロセスウエーハ上に形成された第２絶縁
   膜の膜厚を検出する工程と、 検出された膜厚から平均膜厚を求める工程と、 該平均膜厚とプロセス成形時のプロセス成形時間から二
   回目の成長速度を求める工程と、 該二回目の成長速度と膜厚の設計許容ばらつきとから最
   小成膜時間を決定する工程と、 前記第２絶縁膜上に前記最小成膜時間を用いてさらに該
   第２絶縁膜を成膜する工程と前記第２絶縁膜の膜厚を検
   出する工程とを交互に繰り返して前記目標膜厚の値に達
   したとき成膜工程を終了する工程とを含むことを特徴と
   する絶縁膜形成方法。