TW201723214A - 氣相成長速度測量裝置、方法以及氣相成長裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明的實施形態提供可簡單且精度良好地對基板上的薄膜的成長速度進行檢測的氣相成長速度測量裝置以及氣相成長裝置。實施形態的氣相成長速度測量裝置包括：初始參數設定部，對於各個擬合參數設定初始值，擬合參數包含基板的複數折射率、基板上所形成的各薄膜的折射率、各薄膜的成長速度及至少一個具有溫度依存性的參數；膜厚算出部，基於各薄膜的成長時間與所設定的各薄膜的成長速度來算出各薄膜的膜厚；參數選擇部，選擇與成長溫度相對應的值作為具有溫度依存性的參數；反射率計，對形成各薄膜的基板的反射率進行測量；反射率算出部，使用擬合參數的值來算出各薄膜的反射率；誤差算出部，在所述各薄膜的成膜開始後的多個時刻，算出反射率算出部所算出的反射率與對應薄膜的由反射率計測量出的反射率的實測值之間的誤差；參數變更部，在誤差為大於或等於規定值的情況下，變更具有溫度依存性的參數的至少一部分的值；成長速度輸出部，輸出基於誤差小於規定值時的擬合參數的值的各薄膜的成長速度。

Description

氣相成長速度測量裝置以及氣相成長裝置
本發明的實施形態是有關於一種氣相成長速度測量裝置以及氣相成長裝置。
在對膜形成製程進行控制的方面，有用的是當在基板上形成薄膜時，即時地對所形成的薄膜的光學常數或薄膜的形成速度進行測量。即，原因在於：能夠在膜的形成過程中，即時地根據所形成的薄膜的光學常數，判定是否形成了目標材料的薄膜，或根據薄膜的形成速度，判定是否形成了目標膜厚的薄膜等。此處，薄膜的形成速度是將所形成的薄膜的厚度除以薄膜的形成時間所得，且由奈米/分、微米/小時等將厚度除以時間所得的單位來表示。以下，將該薄膜的形成速度稱為成長速度。
作為再現性良好且遍及大面積地均一形成薄膜的方法，有機金屬化學氣相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）、分子束磊晶法（Molecular Beam Epitaxy，MBE）、濺射（sputtering）法等在氣相中製膜的方法（氣相成長法）已為人所知，這些方法是重要的工業薄膜形成方法。作為即時地觀察這些氣相成長法所形成的薄膜的光學常數或成長速度的方法，已知有對光反射率的歷時變化進行監視的方法。在該方法中，經由設置於薄膜形成裝置的壁面的光學窗，將光照射至形成有薄膜的測量對象，在成膜製程中測定某特定波長的光的反射率。在形成薄膜的基板的表面為鏡面的情況下，對於照射至該薄膜的光而言，由於所形成的薄膜表面的反射光與基板和薄膜的界面的反射光之間的干涉效果，所觀測的反射率會相對於薄膜的膜厚而週期性地發生變化。能夠根據反射率相對於膜厚的變化週期、反射率的最小值、最大值等值來計算所形成的薄膜的光學常數或膜厚，而且能夠根據薄膜的成膜時間來計算成長速度（參照日本專利5050044號公報）。
以下，說明根據反射率的膜厚依存性來計算所形成的膜的光學常數及成長速度的方法。
在光相對於基板垂直地射入的情況下，若將空氣（折射率＝1）與基板上所形成的薄膜（折射率＝n，吸收係數＝0）的界面上的電場的反射率設為r0 ，則r0 由以下的（1）式表示。再者，在以下的本實施形態中，亦可將「空氣」替換為「真空」、「氣體」。 r0 ＝（1－n）/（1＋n）  …（1）
若使用基板的吸收係數ks 與基板的折射率ns ，則薄膜與基板的界面上的反射率r1 由以下的（2）式表示。 r1 ＝（n－iks －ns ）/（n＋iks ＋ns ）  …（2）
再者，（2）式中，i為虛數單位。
實際來自薄膜的反射光包含了空氣與薄膜的界面上的反射光、及透過空氣與薄膜的界面後，在薄膜的基板側的界面與空氣側的界面之間往返p次（p為大於或等於1的整數），然後透過薄膜與空氣的界面向空氣側返回的全部的光。而且，在光通過薄膜的內部時，相位會發生變化，因此，若亦考慮該相位的變化，則反射光的電場Er 由以下的（3）式表示。 Er ＝E0 r0 ＋E0 （1－r0 2 ）r1 ・exp（i2φ）{1－r1 r0 ・exp（i2φ） ＋（-r1 r0 ）2exp（i4φ）＋…｝ ＝E0 r0 ＋E0 （1－r0 2 ）r1 ・exp（i2φ）/{1＋r1 r0 ・exp（i2φ）} ＝E0 {r0 ＋r1 ・exp（i2φ）}/{1＋r1 r0 ・exp（i2φ）}  …（3）
（3）式中的E0 為照射至薄膜的光的電場。藉此，薄膜的電場反射率r由以下的（4）式表示。 r＝Er /E0 ＝{r0 ＋r1 ・exp（i2φ）}/{1＋r1 r0 ・exp（i2φ）}  …（4）
此處，若使用薄膜的折射率n、薄膜的膜厚d、光的波長λ，則光在薄膜內部往返一趟時所產生的相位差（以下稱為相位）φ由以下的（5）式表示。 φ＝2πnd/λ  …（5）
如（5）式所示，相位φ與膜厚d成比例，且隨著膜厚d增加而線性地增加。所觀測的光的反射率（能量反射率）與電場的反射率的振幅的平方成比例。即，電場的反射率及能量反射率成為膜厚的週期函數。相反地，若假定薄膜的膜厚與成長時間成比例，則能夠根據反射率的時間變化，經由（1）式、（2）式而求出（4）式中所使用的n、ns 、ks 、成長速度（d/小時）。
所述例子是在基板上形成單一的膜的情況，但當在基板上形成大於或等於一層的薄膜之後，進一步形成薄膜時，亦能夠使用同樣的方法。即，當在基板上形成有大於或等於兩層的薄膜時，無法僅根據反射率的最表面層的膜厚依存性來決定處於較最表面層更靠基板側的層的折射率或膜厚。然而，能夠將除了最表面層之外的包含基板的多個層視為虛擬地具有折射率ns ’ 與吸收係數ks ’ 的基板，根據反射率的最表面層的膜厚依存性來決定最表面層的折射率與成長速度。
為了測定所述反射率而求出所形成的薄膜的光學常數或成長速度，需要能夠推定出相對於膜厚的反射率週期的程度的膜厚。在膜厚非常薄的情況下，反射率相對於膜厚的變化僅為週期變化的極少的一部分，因此，無法求出反射率週期性地發生變化的膜厚。為了正確地推定出反射率週期性地發生變化的膜厚，至少需要反射率變化一個週期的1/4左右的膜厚。該膜厚雖亦取決於用於反射率測量的光的波長、所形成的薄膜的折射率，但若將所述波長、折射率分別設為700 nm、2，則可預測該膜厚大致為50 nm左右。
另一方面，作為所形成的薄膜的厚度小的構造的具體例，可列舉藍色發光二極體的活性層中所使用的多重量子井構造（MQW，Multiple Quantum Well）。該多重量子井構造是InGaN層（量子井層，以下亦稱為井層）與GaN層（以下亦稱為障壁層）的薄膜的積層構造，多次地反覆積層有厚度均為數nm左右的InGaN層、GaN層。這些InGaN層或GaN層的單獨層的厚度遠小於所述能夠根據反射率的變化來推定出膜厚的膜厚即50 nm，對於InGaN層或GaN層的單獨層，無法求出膜厚或光學常數。進而，一般對於InGaN層與GaN層的薄膜形成溫度設置數十攝氏度（℃）左右的差。在基板上形成薄膜而成的構造的反射率亦依存於溫度，因此，更難以基於所述多重量子井等構造中的反射率來進行分析。
本發明是鑒於所述課題而成的發明，提供氣相成長速度測量裝置以及氣相成長裝置，可簡單且精度良好地對基板上的薄膜的成長速度進行檢測。具體而言，發現用以計算反射率的參數（parameter）中的若干個參數依存於溫度，採用這些參數作為伴隨溫度變化的反射率變化的擬合參數（fitting parameter），藉此，即使在如伴隨溫度變化的MQW層般的薄膜積層膜的成長過程中，亦能夠求出成長速度或折射率。
根據一實施形態，提供一種氣相成長速度測量裝置，包括：初始參數設定部，對於各個擬合參數設定初始值，該擬合參數包含基板的複數折射率（complex index of refraction）、所述基板上所形成的各薄膜的折射率、各薄膜的成長速度及至少一個具有溫度依存性（Temperature dependence）的參數； 膜厚算出部，基於所述各薄膜的成長時間與所設定的所述各薄膜的所述成長速度來算出所述各薄膜的膜厚； 參數選擇部，選擇與成長溫度相對應的值作為所述具有溫度依存性的參數； 反射率計，對形成有所述各薄膜的基板的反射率進行測量； 反射率算出部，使用所述擬合參數的值來算出形成有所述各薄膜的基板的反射率； 誤差算出部，在所述各薄膜的成膜開始後的多個時刻，算出所述反射率算出部所算出的反射率與對應薄膜的由所述反射率計測量出的反射率的實測值之間的誤差； 參數變更部，在所述誤差為大於或等於規定值的情況下，變更所述擬合參數的至少一部分的值；以及 成長速度輸出部，輸出基於所述誤差小於所述規定值時的所述擬合參數的值的各薄膜的成長速度。
所述具有溫度依存性的參數亦可為根據所述基板上的最表面的薄膜的成長溫度而發生變化的所述基板的複數折射率。
所述具有溫度依存性的參數亦可為與所述基板的無溫度依存性的複數折射率相乘的係數。
所述具有溫度依存性的參數亦可為配置於所述基板與所述基板上的最下段的薄膜之間的虛擬中間層的膜厚及折射率的至少任一個。
所述具有溫度依存性的參數亦可為所述基板上的最表面的薄膜的相位偏差（phase offset）。
所述膜厚算出部、所述參數選擇部、所述反射率算出部、所述誤差算出部以及所述參數變更部的各處理亦可反覆地進行，直至所述誤差小於規定值為止。
根據本發明的另一形態，提供一種氣相成長裝置，包括： 反應室，藉由氣相成長反應在基板上形成薄膜； 氣體供給部，將氣體供給至所述反應室； 加熱單元，對所述基板進行加熱； 反射率計，對形成有所述薄膜的基板的反射率進行測量； 初始參數設定部，對於擬合參數分別設定初始值，該擬合參數包含所述基板的複數折射率、所述基板上所形成的各薄膜的折射率、各薄膜的成長速度及至少一個具有溫度依存性的參數； 膜厚算出部，基於所述各薄膜的成長時間、與所述各薄膜的成長速度來算出所述各薄膜的膜厚； 參數選擇部，選擇與成長溫度相對應的值作為所述具有溫度依存性的參數； 反射率算出部，使用所述擬合參數的值來算出形成有所述各薄膜的基板的反射率； 誤差算出部，在所述各薄膜的成膜開始後的多個時刻，算出所述反射率算出部所算出的反射率與形成有對應薄膜的基板的由所述反射率計測量出的反射率的實測值之間的誤差； 參數變更部，在所述誤差為大於或等於規定值的情況下，變更所述擬合參數的至少一部分的值；以及 成長速度輸出部，輸出基於所述誤差小於所述規定值時的所述擬合參數的值的各薄膜的成長速度。
根據本發明的另一形態，提供一種氣相成長速度測量方法，包括： 對於擬合參數分別設定初始值，該擬合參數包含基板的複數折射率、所述基板上所形成的各薄膜的折射率、各薄膜的成長速度及至少一個具有溫度依存性的參數； 測量成長時間，根據所述成長時間與所述各薄膜的成長速度的設定值來算出所述各薄膜的膜厚； 選擇與成長溫度相對應的值作為所述具有溫度依存性的參數； 使用所述擬合參數的值來算出形成有所述各薄膜的基板的反射率； 在所述各薄膜的成膜開始後的多個時刻，計算已算出的所述反射率與形成有對應薄膜的基板的反射率的實測值之間的誤差； 在所述誤差為大於或等於規定值的情況下，變更所述擬合參數的至少一部分的值，再次算出形成有所述各薄膜的基板的反射率，且算出與所述實測值之間的誤差； 輸出基於所述誤差小於規定值時的所述擬合參數的值的所述各薄膜的成長速度。
亦可反覆地變更所述具有溫度依存性的參數的至少一部分，直至所述誤差小於所述規定值為止。
亦可使用轉換矩陣法（transfer matrix method）或所述薄膜的反射率來依序計算下一次積層的所述薄膜的反射率，藉此，求出形成有所述薄膜的基板的反射率。
以下，一面參照圖式，一面對本發明的實施形態進行說明。圖1是表示一實施形態的氣相成長裝置1的概略構成的圖。在本實施形態中，對如下例子進行說明，該例子是指使用矽基板，具體而言使用矽晶圓（以下僅稱為晶圓）W作為進行成膜處理的基板，在該晶圓W上積層形成單一的膜或多層薄膜。以下，以MOCVD為例來具體地說明氣相成長方法。
圖1的氣相成長裝置1包括：在晶圓W上成膜的腔室2、將原料氣體供給至該腔室2內的晶圓W的氣體供給部3、位於腔室2的上部的原料放出部4、在腔室2內支持晶圓W的基座5、保持該基座5而旋轉的旋轉部6、對晶圓W進行加熱的加熱器（heater）7、將腔室2內的氣體排出的氣體排出部8、從該氣體排出部8排出氣體的排氣機構9、對晶圓W的溫度進行測量的放射溫度計（radiation thermometer）10以及對各部分進行控制的控制部11。
腔室2為可收納作為成膜對象的晶圓W的形狀（例如圓筒形狀），腔室2的內部收容有基座5、加熱器7、旋轉部6的一部分等。
氣體供給部3具有：多個氣體儲存部3a，個別地儲存多種氣體；多根氣體管3b，連接這些氣體儲存部3a與原料放出部4；以及多個氣體閥（gas valve）3c，對流經這些氣體管3b的氣體的流量進行調整。各氣體閥3c連接於對應的氣體管3b。多個氣體閥3c由控制部11控制。實際的配管可採用結合多根氣體管，或將一根氣體管分支為多根氣體管，或者將氣體管的分支或結合加以組合等多種構成。
氣體供給部3所供給的原料氣體經由原料放出部4而放出至腔室2內。放出至腔室2內的原料氣體（處理氣體）供給至晶圓W上，藉此，在晶圓W上形成所期望的膜。再者，所使用的原料氣體的種類並無特別限定。
在原料放出部4的底面側設置有沖淋板（shower plate）4a。能夠使用不鏽鋼或鋁合金等金屬材料來構成該沖淋板4a。來自多根氣體管3b的氣體在原料放出部4內混合，經由沖淋板4a的氣體噴出口4b而供給至腔室2內。再者，亦可在沖淋板4a中設置多個氣體流路，將多種氣體以分離的狀態供給至腔室2內的晶圓W。
應考慮所形成的膜的均一性、原料效率、再現性、製作成本等來選定原料放出部4的構造，但只要滿足這些要求，則並無特別限定，亦能夠適當地使用眾所周知的構造。
基座5設置於旋轉部6的上部，且為如下構造，即，將晶圓W載置且支持於設置在基座5的內周側的沉孔（counterbore）內。再者，在圖1的例子中，基座5為中央具有開口部的環狀形狀，但亦可為無開口部的大致平板形狀。
加熱器7是對基座5及/或晶圓W進行加熱的加熱部。只要滿足將加熱對象加熱至所期望的溫度及溫度分佈的能力、耐久性等要求，則並無特別限定。具體而言，可列舉電阻加熱、燈加熱、感應加熱等。
排氣機構9經由氣體排出部8，從腔室2的內部排出反應後的原料氣體，且藉由排氣閥9b與真空泵9c的作用，將腔室2內控制為所期望的壓力。
放射溫度計10設置於原料放出部4的上表面。放射溫度計10將來自光源的光照射至晶圓W，接收來自晶圓W的反射光，對晶圓W的反射光強度進行測量。如此，放射溫度計10作為對膜成長面的反射率進行測量的反射率計而發揮功能。而且，放射溫度計10接收來自晶圓W的膜成長面Wa的熱輻射光，對熱輻射光強度進行測量。放射溫度計10在內部具有資料運算部。該資料運算部根據熱輻射光強度與反射率來求出晶圓W的溫度。資料運算部例如可包含通用的電腦（computer）。
在原料放出部4的上表面設置透光窗2a，來自放射溫度計10的光源的光、與來自晶圓W的反射光及熱輻射光通過該透光窗2a。透光窗2a可採用狹縫形狀或矩形狀、圓形狀等任意形狀。在窗中使用於放射溫度計所測量的光的波長範圍內透明的構件。在對室溫至1500℃左右的溫度進行測量的情況下，較佳為測量可見光區域至近紅外區域的光的波長，在該情況下，可適當地使用石英玻璃等作為窗的構件。
控制部11包括：電腦，集中地對氣相成長裝置1內的各部分進行控制；以及記憶部，記憶與成膜處理相關的成膜處理資訊或各種程式等。控制部11基於成膜處理資訊或各種程式來對氣體供給部3或旋轉部6的旋轉機構、排氣機構9等進行控制，控制加熱器7對於晶圓W的加熱等。
圖2是表示放射溫度計10的內部構成的圖。放射溫度計10具有光源10a、半反射鏡（half mirror）10b、焦點調整用透鏡10c、波長選擇濾光器10d、光圈10e、光接收部10f以及溫度計控制部10g。
光源10a發出用以照射至晶圓W的照明光L1。半反射鏡10b反射照明光L1而使該照明光L1朝向晶圓W，並且使來自晶圓W的光透過。焦點調整用透鏡10c使透過半反射鏡10b的照明光L1在晶圓W上成像。而且，焦點調整用透鏡10c使來自晶圓W的反射光L1a與熱輻射光L2在光接收部10f的光接收面M1上成像。波長選擇濾光器10d使透過半反射鏡10b的光中的規定波長範圍的反射光L1a與熱輻射光L2透過。光圈10e僅使來自晶圓W上的測量所需的部分的光透過。光接收部10f接收透過光圈10e的反射光L1a與熱輻射光L2。溫度計控制部10g基於光接收部10f所接收的反射光L1a的強度（反射光強度）與熱輻射光L2的強度（熱輻射光強度）來求出晶圓W的溫度。
所述放射溫度計的例子是將較大的波長範圍的光照射至測量對象，藉由波長選擇濾光器來觀測所反射的光中的特定波長的光。原因在於：亦需要在特定的波長範圍內對熱輻射光強度進行測量。另一方面，在僅求出反射率的情況下，亦能夠使用如下方法，即，預先將特定波長的光照射至測量對象，對該測量對象的反射光強度進行測量。藉由使較大的波長範圍的光預先通過波長選擇濾光器，能夠獲得所述特定波長的光，所述波長選擇濾光器僅使特定波長的光透過。或者，亦可使用如雷射光線一樣的來自單色性佳的光源的光。
所述放射溫度計所測量出的反射率能夠用作本實施形態的反射率的實測資料。而且，亦可使氣相成長裝置具備用於本實施形態的專用的反射率測量裝置。此外，對基板的翹曲進行觀測的裝置一般會對基板照射如雷射光一樣的指向性強的光，此種翹曲測量裝置能夠一面觀測翹曲，一面測量反射光強度。此種翹曲測量裝置等所測量出的反射率的資料亦能夠用作本實施形態的反射率的實測資料。
本實施形態的氣相成長裝置1能夠用於在晶圓W上形成各種膜，以下，作為一例，對在矽晶圓W上形成緩衝層與GaN膜，進而在該緩衝層與GaN膜上形成MQW構造的情況進行說明。
MQW層是交替地形成有障壁層與井層的薄膜的層。由於障壁層與井層的各薄膜的膜厚非常小，故而難以精度良好地檢測各薄膜的成長速度。
圖3是如下情況下的實測的反射率Rmes的時間變化，該情況是指使緩衝層在基板W上成長之後，以1050℃左右的溫度使n型的GaN（n-GaN）層成長，進而使交替地積層有作為障壁層的GaN與作為井層的InGaN層的MQW構造成長。
在本實施形態中，為了測定反射率，事先對反射率Rref已知的物質的反射光強度Iref進行測量。例如，在矽晶圓W的情況下，反射率約為30%。若使用放射溫度計10等所測量出的反射光強度Imes，則反射率Rmes能夠由以下的（6）式求出。 Rmes＝Imes/Iref・Rref  …（6）
圖3中，n-GaN的成長時間由記號n-GaN表示。井層有6層，在圖3中依照成長順序，利用記號W-1至W-6來表示各個井層的成長時間。障壁層有7層，在圖3中依照成長順序，利用記號B-1至B-6與Cap來表示各個障壁層的成長時間。障壁層以810℃成長，井層以760℃成長。在各層的成長之間，設置有為了使成長溫度發生變化而完全不成長（成長中斷）的期間。圖3中，未標記有記號的期間相當於所述期間。對反射率進行測量的光的波長為660 nm。根據該曲線圖可知：每當構成MQW層的障壁層與井層轉變時，反射率Rmes變得不連續。認為反射率Rmes變得不連續的理由在於：障壁層與井層的成膜溫度不同，基板以及在基板上成長的積層膜的折射率、厚度或吸收係數等會根據成膜溫度而發生變化。
n-GaN的成長過程中的反射率的時間變化表現出明確的週期性，藉由使（4）式所示的模型函數（model function）擬合（fitting）於所述反射率的時間變化，能夠求出n-GaN層的成長速度、折射率。另一方面，在單一的障壁層或井層的情況下，由於這些層的膜厚薄，故而反射率的時間變化大致呈線性，幾乎未表現出週期性。因此，利用以週期性變化為前提的（4）式進行的擬合無法求出所述單一的井層或障壁層的成長速度或折射率。
在本實施形態中，即使在單一的層，反射率的時間變化小的情況下，亦根據多層構造整體中的反射率變化進行擬合。具體而言，圖3的B-1至Cap的反射率的時間變化相當於一個週期的1/4左右，只要可適當地表現反射率的模型函數，則可藉由擬合求出各層的折射率或成長速度。
以下，具體地說明表示使MQW構造成長時的反射率的時間變化的方法。一般而言，能夠藉由轉換矩陣法等來計算多層膜的反射率，該多層膜積層有厚度與折射率已知的薄膜。因此，假定多層膜的各層的折射率與厚度（＝成長速度×時間），進而對於MQW層與較MQW層更靠基板側的層之間的界面，使用虛擬界面法來進行計算。即，此處的虛擬界面法是指將較MQW層更靠基板側的層視為虛擬基板，且將該虛擬基板的折射率與吸收係數作為擬合參數。實際上，由於各層的成長溫度不同，故而必須考慮溫度變化對於反射率的影響。本發明人發現藉由使用按各成長溫度而有所不同的值，能夠簡便地表示用於計算反射率的參數中的若干個參數。
圖4是對虛擬界面法進行說明的圖。當實際的積層構造在基板上所積層的多個積層膜上具有最表面層時，將基板與多個積層視為虛擬基板，設定適當的折射率，藉此，在實際的積層構造與虛擬的積層構造中，積層構造的反射率相對於最表面的膜厚的變化在所述兩個構造中均相同。
圖5是表示使MQW構造中的GaN層與MQW層成長時所觀測到的反射率Rmes的時間變化的曲線圖。圖5中，曲線Y1及曲線Y2分別為障壁層成長過程中與井層成長過程中的反射率的包絡線（envelope curve）。構成這些包絡線的各個層的成長過程中的反射率的時間變化呈線性，無法根據該時間變化來求出折射率或成長速度，但只要能夠適當地表現兩條包絡線之差，則可進行這些計算。實際上，本發明人發現Y2能夠藉由移動時間軸而良好地重疊於Y1。
能夠理解所述伴隨溫度變化的時間偏移的原因是基板及積層的膜的光學常數或膜厚會隨著溫度變化而發生變化。另一方面，光學常數或膜厚不會因溫度而發生太大變化。具體而言，已藉由模型計算（model calculation）預測了存在何種程度的膜厚或折射率的差會出現如圖5所示的變化。
圖6a是使MQW構造成長時的反射率變化的模型計算的結果。圖7表示假定的構造。井層、障壁層的成長速度均假定為0.1 nm/秒。將井層成長前後的成長中斷時間設為10秒。在模型計算中，假定僅在障壁層成長時，基底層的厚度才變化為4.01 μm。此相當於基底層的厚度因熱膨脹而增加0.25%。
圖6a中良好地再現了圖5的伴隨溫度變化的特徵。然而，圖6a中超出實際地強調了伴隨溫度的變化，若圖6a中所使用的模型正確，則可推測基底層的熱膨脹為0.1%左右或0.1%以下。通常的物質的熱膨脹係數大致為5×10-6 /℃左右，其相當於100℃的溫度變化會引起5×10-4 的膨脹。其為與基於模型計算的推測大致相同的程度，故能夠認為模型妥當。
除了在井層與障壁層成長時，基底層的膜厚不發生變化之外，圖6b為與圖6a相同的模型計算的結果。未出現圖6a中出現的伴隨溫度變化的反射率的躍變，因此，亦可認為基底層的伴隨溫度變化的光學變化是反射率躍變的原因。
再者，即使假定基底層的折射率因溫度而稍微增加，亦能夠導出與圖6a同樣的結果。
以下，基於所述模型來對反射率的時間變化進行計算的若干個方法進行說明。任一個情況的重點均在於如何表示伴隨溫度變化的基底層的光學變化。
在以下說明的任一種方法中，均將基底層以下視為虛擬基板。
在第1方法中，如圖8所示，溫度變化的影響被表示為虛擬基板的光學常數的差異。準備數量與成長溫度的數量相當的虛擬基板的光學常數（折射率ns與吸收率ks）的群組。這些群組成為使計算值擬合於實測值時的擬合參數。
作為第2方法，亦可僅準備一塊虛擬基板，將與所述不同的虛擬基板的光學常數的比作為參數。更具體而言，在第2方法中，如圖9所示，準備一個基礎成長溫度下的虛擬基板的光學常數，對於其他成長溫度，將依存於溫度的常數乘以基礎溫度下的虛擬基板的光學常數，從而表示虛擬基板的光學常數的溫度變化。所述依存於溫度的常數一般為複數（complex number）。此處所述的兩種方法是具體操作不同，但計算方面同等的方法。
第3方法如圖10所示，假定在虛擬基板上存在虛擬薄膜（中間層）。若以圖7為例，則假定與由溫度引起的基板厚度的差（圖7中為0.01 μm的薄膜的有無）相當的薄膜。在該情況下，所述虛擬薄膜的因溫度而發生變化的厚度與折射率成為擬合參數。該虛擬薄膜的厚度與實際薄膜的情況不同，不僅可採用大於或等於0的值，而且亦可採用負值。
第4方法如圖11所示，在外觀上，利用了反射率的週期的相位會根據成長溫度而偏移。具體而言，於圖5中的Y1與Y2，藉由移動時間軸，能夠使這兩者的時間變化重疊。因此，將依存於溫度的相位與最表面層的反射率的相位部分相加之後，能夠表示所述時間變化。
關於以上所說明的4種方法，將所使用的參數的種類與數量歸納於圖12。如圖12所示，在第1方法中，將各積層膜的折射率n（m）及成長速度G（m）、與虛擬基板的折射率nsub（h）及吸收係數ksub（h）設為參數。設置數量與積層膜的種類相當的各積層膜的折射率n（m）及成長速度G（m）。由於虛擬基板的折射率nsub（h）及吸收係數ksub（h）依存於成長溫度條件，故而設置數量與成長溫度條件的數量相當的虛擬基板的折射率nsub（h）及吸收係數ksub（h）。
在第2方法中，將各積層膜的折射率n（m）及成長速度G（m）、虛擬基板的（複數（complex））折射率nsub及吸收係數ksub、以及與虛擬基板的無溫度依存性的折射率相乘的係數Z（h）設為參數。設置數量與積層膜的種類相當的各積層膜的折射率n（m）及成長速度G（m）。僅設置一種虛擬基板的折射率nsub及吸收係數ksub。設置數量與成長溫度條件的數量減去1所得的數量相當的係數Z（h）。
在第3方法中，將各積層膜的折射率n（m）及成長速度G（m）、虛擬的中間層的折射率no（h）及膜厚do（h）、虛擬基板的折射率nsub及吸收係數ksub設為參數。設置數量與積層膜的種類相當的各積層膜的折射率n（m）及成長速度G（m）。設置數量與成長溫度條件的數量減去1所得的數量相當的中間層的折射率no（h）及膜厚do（h）。僅設置一種虛擬基板的折射率nsub及吸收係數ksub。
在第4方法中，將與基板上的最表面的薄膜相加的相位偏移（phase shift）Δ（h）、積層膜的折射率n（m）及成長速度G（m）、以及虛擬基板的折射率nsub及吸收係數ksub設為參數。設置數量與成長溫度條件的數量減去1所得的數量相當的相位偏移Δ（h）。設置數量與積層膜的種類相當的積層膜的折射率n（m）及成長速度G（m）。僅設置一種虛擬基板的折射率nsub及吸收係數ksub。
首先，根據圖13來說明反射率的時間變化的資料取得。
將薄膜的成膜開始時刻設為t0，在t0之後，從圖1所示的控制部11定期地記錄時刻tn的製程資訊。圖13的虛線是記錄製程資訊的時刻。製程資訊中所含的內容為時刻、成膜過程中或成長中斷過程中的資訊、成膜過程中所形成的膜的種類及溫度的資訊、反射率。在例如已例示的MQW層的情況下，膜的種類為GaN層或InGaN層。所謂成長溫度的種類，是指成長過程中可採用的成長溫度中的哪一溫度的資訊。在所述MQW層的情況下，存在GaN的成長溫度與InGaN的成長溫度這兩種成長溫度，若將這兩種成長溫度設為T1及T2，則所述成長溫度的種類是指以T1或T2中的哪一個溫度成膜的資訊。
反射率的測量時間的間隔需要以如下程度採用短間隔，該程度是指以充分的精度來表示反射率的時間變化的程度。另一方面，即使以過短的時間間隔來測量反射率，在分析精度的提高方面亦存在極限，有時會導致計算時間過度地增大。適當的反射率的測量時間的間隔能夠在一個層的成長期間，進行至少5個點左右的測量。而且，在此種條件下的測量過程中，若在反射率發生一個週期的變化期間，存在50個點左右及以上的測量點，則能夠充分地進行分析。在反射率的測量時間的間隔短且對大量的反射率資料進行測量的情況下，雖亦取決於計算機的處理能力，但亦可適當地刪減反射率資料以滿足如上所述的條件。
雖需要正確地記錄時間間隔或測量時刻，但測量的時間間隔無需在測量過程中保持固定，只要在多個時刻進行測量即可。
圖14是表示進行所述第1方法～第4方法中的任一種方法的氣相成長速度測量裝置20的概略構成的方塊圖。圖14的方塊圖內的各部分可由硬體（hardware）構成，也可由軟體（software）構成，亦可將硬體與軟體加以組合而構成。
圖14的氣相成長速度測量裝置20包括初始參數設定部21、膜厚算出部22、參數選擇部23、反射率算出部24、誤差算出部25、參數變更部26以及成長速度輸出部27。
初始參數設定部21對於各個擬合參數設定初始值，該擬合參數包含基板的複數折射率、基板上所形成的各薄膜的折射率、各薄膜的成長速度以及至少一個具有溫度依存性的參數。膜厚算出部22基於各薄膜的成長時間與初始參數設定部21所設定的各薄膜的成長速度來算出各薄膜的膜厚。參數選擇部23選擇與成長溫度相對應的值作為具有溫度依存性的參數。反射率算出部24使用擬合參數的值來算出各薄膜的反射率。誤差算出部25在所述各薄膜的成膜開始後的多個時刻，算出反射率算出部24所算出的反射率與作為反射率計而發揮功能的放射溫度計10所測量出的對應薄膜的反射率的實測值之間的誤差。參數變更部26在誤差為大於或等於規定值的情況下，變更擬合參數的至少一部分。成長速度輸出部27輸出基於誤差小於規定值時的參數的各薄膜的成長速度。
在第1方法中，參數選擇部23選擇根據基板上的最表面的薄膜的成長溫度而發生變化的基板的複數折射率作為一個參數。在第2方法中，參數選擇部23選擇與基板的無溫度依存性的折射率相乘的係數作為一個參數，使該係數根據基板上的最表面的薄膜的成長溫度而發生變化。在第3方法中，參數選擇部23選擇中間層作為一個參數，該中間層配置於基板與基板上的最下段的薄膜之間且具有與成長溫度相對應的膜厚。在第4方法中，參數選擇部23選擇基板上的最表面的薄膜的相位偏差作為一個參數，使相位偏差根據最表面的薄膜的成長溫度而發生變化。
以下，對第1方法的具體的計算順序進行說明。
在所述MQW層的成長例中，存在障壁層與井層的兩個成長溫度。具體而言為井層的成長溫度與障壁層的成長溫度。因此，在該情況下，準備兩個虛擬基板的複數折射率。一般而言，在成長溫度條件有h個的情況下，準備h個虛擬基板的複數折射率。
圖15是用以對時刻tw的反射率進行模型計算的參考圖。以第k層的溫度條件來決定虛擬基板的複數折射率。將成長時間乘以各層的成長速度而算出虛擬基板上的積層構造。最表面的第k層的膜厚直到第k層的成長結束為止，隨著時刻而逐步增加。進而，可藉由使用各層的折射率來對時刻tw的反射率進行模型計算。
圖16是表示基於所述第1方法來對反射率進行模型計算的順序的流程圖。首先，對用於反射率的模型計算的各種參數的初始值進行設定（步驟S1、初始參數設定部21）。其次，將成長時間乘以成長速度而求出用於計算的積層後的各層的膜厚（步驟S2、膜厚算出部22）。此處，各層的成長速度為擬合參數，其依照後述的最佳化的順序，與各層的折射率及虛擬基板的複數折射率一併逐步最佳化。
其次，根據成長溫度條件來選擇虛擬基板的複數折射率（步驟S3）。其次，使用虛擬基板的複數折射率及各積層膜的膜厚與折射率來對反射率進行模型計算（步驟S4）。
在除了成長中斷過程之外的全部的觀測時刻，反覆進行步驟S2～步驟S4的處理。藉此，對從成長開始至當前時刻為止的反射率的時間變化進行模型計算。
其次，計算觀測到的反射率與模型計算出的反射率的時間變化的誤差（步驟S5、誤差算出部25）。於反射率的各觀測時刻實測出的反射率（Rmes）與模型計算出的反射率（Rmodel）之差取平方，進而將誤差計算為各觀測時刻的所述差的平方的總和（ζ）。該ζ是用於計算的各參數（P）的函數，因此記作ζ（P）。
其次，對於各參數中的一部分或全部，從當前的值（P）稍微變化為（δP）。例如在ns的初始值為2的情況下，將ns設為2.01等。將該變化量表示為δns等。此處，參數例如為ns、ks、薄膜的各層的折射率、成長速度等，且亦稱為擬合參數。進而，再次反覆進行S2～S4的步驟，計算誤差ζ（P＋δP）（步驟S6）。
根據需要，亦可使用若干個不同的δPq來計算ζ（P＋δPq）。利用該步驟來近似地求出ζ的δP的依存性。此處，對於成長速度互不相同的層彼此，準備不同的折射率。原因在於：除了成長速度以外，即使成膜條件相同，有時所形成的薄膜的折射率亦不同。然而，在預先已知即使成長速度不同，且折射率相同的情況下，這些層彼此亦可使用相同的折射率。而且，基板及薄膜的折射率一般為複數，但在透明材料的情況下，折射率為實數。以下，將虛擬基板的折射率設為複數，將所形成的薄膜的折射率設為實數，但即使所形成的薄膜的折射率為複數，只要參數（複數折射率的虛部＝吸收係數）增加，則順序基本相同。具體而言，只要使用吸收係數k，將各計算式中出現的實數的折射率（n）替換為複數的折射率（n＋ik）即可。
其次，根據S6步驟所獲得的ζ的δP的依存性，推定使ζ為最小的δP（δPo）（步驟S7）。其次，使用S7所求出的P＋δPo來計算ζ（P＋δPo）（S8）。
其次，判定ζ（P＋δPo）是否充分小（步驟S9）。只要該值小於規定的設定值，則認為用於計算的各參數的值接近於真正的值。另一方面，在該值並不小於規定的設定值的情況下，認為用於計算的參數具有大誤差。在該情況下，再次返回S2，將P＋δPo作為新的初始值而重新進行計算（步驟S10）。一般而言，依照如上所述的順序，誤差ζ會逐步減小，最終能夠決定各參數。
在實際形成薄膜且進行所述計算的情況下，有時會在誤差ζ變得充分小之前觀測下一個反射率。在該情況下，亦可使用該時點的參數的最佳解，追加新的觀測資料而促進最佳化。
圖17是表示基於第2方法來對反射率進行模型計算的順序的流程圖。除了步驟S13的處理與步驟S3不同之外，圖17的步驟S11～步驟S20與圖16相同。在圖17的步驟S13中，選擇與虛擬基板的無溫度依存性的複數折射率相乘的係數作為依存於溫度的一個擬合參數，使該係數根據虛擬基板上的最表面的薄膜的成長溫度而發生變化。藉由將係數與虛擬基板的複數折射率相乘，能夠選擇與圖16的步驟S3同樣的複數折射率。藉此，在步驟S14以後，只要進行與步驟S4以後的處理同樣的處理即可。
圖18是表示基於第3方法來對反射率進行模型計算的順序的流程圖。除了步驟S23的處理與步驟S3不同之外，圖18的步驟S21～步驟S30與圖16相同。在圖18的步驟S23中，選擇虛擬的中間層作為一個參數，該虛擬的中間層配置於基板與基板上的最下段的薄膜之間，且具有與成長溫度相對應的膜厚及/或折射率。在步驟S24中，考慮步驟S23所選擇的中間層，對於虛擬基板與該虛擬基板上的積層構造，計算反射率。步驟S25以後的處理與圖16的步驟S5以後的處理相同。
其次，對第4方法的情況進行說明。圖19表示伴隨溫度變化時的成長時間與相位φ的關係。根據（5）式，φ與膜厚成比例，因此，若成長速度固定，則φ會隨著時間而線性地發生變化。另一方面，如圖5所示，相對於溫度變化，相位變化固定的值。即，若存在溫度變化，則相位φ會一面線性地發生變化，一面增加某值的偏差。再者，圖19中表示φ隨著時間而增加，由溫度變化引起的相位偏差在高溫度下為負，此是方便起見而表示的圖，有時根據情況而有所不同。在第4方法中，將依存於溫度的偏差Δ與最表面層的相位φ的變化相加，獲得反射率的溫度變化。
圖20是表示與第4方法相關的具體順序的流程圖。首先，設定虛擬基板的複數折射率、數量與所形成的薄膜的種類相當的折射率及成長速度、以及作為依存於溫度的擬合參數的數量較成膜溫度條件的數量少1的相位偏差（步驟S31、初始參數設定部）。其次，每隔規定的時刻tn，根據成長速度的設定值與成長時間來計算各層的膜厚（步驟S32、膜厚算出部）。其次，每隔時刻tn，將與成膜溫度條件相對應的相位偏差與最表面層的相位相加（步驟S33、相位偏差部）。其次，基於虛擬基板的複數折射率與多層膜的各層的膜厚及折射率，對虛擬基板與該虛擬基板上的薄膜的多層膜的反射率Rmodel進行計算（步驟S34、反射率算出部）。
其次，計算依照圖6所示的順序而計算出的反射率（Rmodel）與實際反射率（Rmes）之間的誤差ζ作為各時刻tn的差的平方之和（步驟S35、誤差算出部）。 ζ＝Σ（Rmodel－Rmes）2 …（7）
對於除了成長中斷過程以外的測量出的各時刻，求出（7）式中的和。
其次，使用於計算的參數中的一部分或全部稍微發生變化。使用這些稍微變化後的參數來重新計算ζ（步驟S36）。
如此，能夠將ζ表示為δP的函數ζ（δP）。求出ζ（δP）之後，推測使ζ為最小即誤差最小的δPo（步驟S37）。其次，實際使用P＋δPo來計算誤差ζ（步驟S38）。其次，判定誤差ζ是否充分小（步驟S39）。以後的順序（步驟S40）與第1方法相同。
在所述MQW層的成長例中，存在障壁層與井層的兩個成長溫度。因此，對於相位φ，進而根據井層或障壁層的成長溫度，將特定的相位偏差與根據折射率及膜厚而計算出的值相加。在虛擬界面法中，相位φ的初始值由虛擬基板的折射率與吸收係數表示，因此，關於多層膜的最初的層的成長溫度，無需根據溫度而加上所述特定的相位偏差。即使在多層膜的成長溫度存在大於或等於3個的情況下，相位偏差的數量亦為較成長溫度的數量少1的數量。具體而言，將多層膜的最初的層的相位偏差設為0，對於其以後的不同的各成長溫度加上不同的相位偏差。實際上，該相位偏差亦作為擬合參數，因此，無需嚴密地預先決定正確的值。
關於使參數最佳化的方法，已知有若干個方法，可考慮計算速度與精度而使用適當的方法。
為了證實能夠有效果地使用本實施形態，首先，利用第1方法來分析圖6a所示的模型計算的結果。結果是已確認井層、障壁層各自的折射率與成長速度分別為2.98與0.106 nm/秒、2.51與0.101 nm/秒，與計算誤差的範圍內用於模型計算的值一致。其次，如下所述，已確認能夠利用所示方法來擬合圖3所示的反射率的時間變化。
圖21是表示圖3的反射率的時間變化、與使用用於計算的參數的初始值來對反射率的時間變化進行計算所得的結果的圖。圖21的曲線Y4為反射率的實測曲線，曲線Y5為藉由模型計算而獲得的反射率的時間變化。圖22是將用於計算的參數最佳化所得的結果。Y4為實測的變化，Y6為使用了最佳化後的參數的計算結果。如圖22所示，按薄膜的成長溫度條件來對虛擬基板的複數折射率進行調整，藉此，能夠使反射率函數忠實地擬合於反射率的實測曲線。根據圖22的Y6所示的參數最佳化的結果，能夠求出GaN層的折射率及成長速度分別為2.46與0.036 nm/秒，InGaN層的折射率及成長速度分別為3.15與0.039 nm/秒。
同樣地，使用第4方法來對圖21的曲線Y4的反射率的時間變化進行分析之後，其結果與在計算誤差範圍內使用第1方法進行分析所得的結果一致。
圖8、圖9的結果是使用成長結束後測量出的反射率的結果進行計算所得的結果，但亦可基於在成長過程中即時測量的反射率的時間變化來進行同樣的計算。在該情況下，能夠計算出正在成長的層的成長速度與折射率。
如此，在本實施形態中，當依序在基板上形成多種薄膜時，每當成膜溫度發生變化，對依存於溫度的參數進行調整之後，使反射率函數擬合於反射率的實測曲線，因此，能夠使擬合精度提高。藉此，能夠精度良好地求出各薄膜的成長速度。
在所述實施形態中表示了在基板上交替地形成兩種薄膜的例子，但本實施形態同樣可適用於在基板上依序形成大於或等於三種的薄膜的情況。在該情況下，只要以薄膜的一個成長溫度條件為基準，設定剩餘的成長溫度條件的相位偏差，每當成膜溫度條件發生變化時，使用對應的偏差來使反射率函數擬合於反射率的實測曲線即可。
在至此為止的說明中，假定了在溫度變化過程中，使成長中斷。在一面發生溫度變化，一面進行成長的情況下，由於溫度變化、膜厚變化均改變反射率，故而無法分離其影響，無法利用至此為止所說明的方法來進行分析。然而，在能夠以某種程度推測出溫度或膜厚對於反射率的影響的情況下，有時可基於該推測，對溫度與膜厚均發生變化的情況進行分析。
其一方法處於能夠推定成長速度的情況。具體而言處於如下情況，即，當在溫度變化過程中亦進行成長時，其成長速度不太依存於溫度。在該情況下，即使在溫度變化過程中，此期間成長的薄膜的膜厚亦會增大，根據成長時間與推定的成長速度來計算該膜厚。使用以所述方式計算出的膜厚來計算反射率。然而，由於無法推定溫度對於反射率的影響，故而在溫度變化過程中，不計算反射率。即，在溫度變化過程中，不與實測的反射率作比較。
例如，在一面供給原料，一面使溫度發生變化的情況下，若原料的供給量設為溫度變化結束後的原料供給量的二分之一，則溫度變化結束後成長的薄膜的膜厚增加了如下膜厚，該膜厚是將對溫度變化結束後成長的層所設定的成長速度的二分之一與溫度變化的時間相乘所得的膜厚。參數的擬合僅在溫度固定的時刻進行。
作為其他方法，以所述方式計算在溫度變化過程中成長的層的膜厚，在兩個溫度之間插入依存於溫度的參數（若為第1方法，為虛擬基板的複數折射率），即使在溫度變化過程中，亦計算反射率。作為在溫度變化過程中依存於溫度的參數的插入方法，能夠採用按時間進行分配、按實測溫度進行分配等方法。
本實施形態的反射率處於基板表面為光學鏡面且成長的薄膜亦為鏡面的情況。然而，根據情況，成長的薄膜有時會伴有些許凹凸。根據該凹凸的程度，有時與薄膜為鏡面的情況相比較，反射率會發生變化。一般而言，若在成長的薄膜表面產生凹凸，則反射率會逐步下降。若基於來自此種非鏡面的層的反射率而使用本實施形態的方法，則誤差會增大。在此種情況下，亦可適當地修正反射率。具體而言，以使逐步減少的反射率的振幅的最大值及最小值與初始振幅相同的方式進行修正等。
在以上的說明中說明了成膜過程，但藉由使用負成長速度，亦能夠應用於膜的蝕刻過程。
例示了轉換矩陣法作為形成有多層膜的基板的反射率的計算方法，但亦可利用其他方法來計算反射率。而且，關於依存於溫度的參數的處理，例示了若干個實施形態，但亦可使用數學上與所述實施形態同等的方法。
例如，轉換矩陣法是對於構成薄膜的積層構造的各單一的層，計算由各層的厚度與折射率所定義的被稱為轉換矩陣的矩陣，將與構成所述積層構造的全部的層相關的矩陣乘以根據基板的複數折射率計算出的向量（vector），計算光學響應。另一方面，作為計算反射率的其他方法的例子，可列舉如下方法，即，對於構成多層膜的各單一的層，依序採用如求出（4）式般的求出單一層的反射率的方法來進行計算。具體而言，計算出一個層的反射率之後，能夠使用該反射率來計算下一個層的反射率。對於構成多層膜的全部的層進行此種計算，藉此，能夠計算出多層膜整體的反射率。
根據所述例子，例如第1實施形態中的虛擬基板的複數折射率的由溫度引起的變化在所述依序計算反射率的方法中，即使表示為虛擬基板與積層於該虛擬基板的層的反射率的變化等，亦能夠被計算出。再者，反射率的計算方法並不限定於所述方法，能夠使用數學上與所述方法同等的其他方法。
雖對本發明的若干個實施形態進行了說明，但這些實施形態是作為例子而提示的實施形態，並不意圖對發明的範圍進行限定。這些新穎的實施形態可以其他各種形態實施，能夠在不脫離發明宗旨的範圍內，進行各種省略、替換、變更。這些實施形態或其變形包含於發明的範圍或宗旨，並且包含於申請專利範圍所記載的發明及其均等的範圍。
1‧‧‧氣相成長裝置
2‧‧‧腔室
2a‧‧‧透光窗
3‧‧‧氣體供給部
3a‧‧‧氣體儲存部
3b‧‧‧氣體管
3c‧‧‧氣體閥
4‧‧‧原料放出部
4a‧‧‧沖淋板
4b‧‧‧氣體噴出口
5‧‧‧基座
5a‧‧‧沉孔
6‧‧‧旋轉部
7‧‧‧加熱器
8‧‧‧氣體排出部
9‧‧‧排氣機構
9b‧‧‧排氣閥
9c‧‧‧真空泵
10‧‧‧放射溫度計
10a‧‧‧光源
10b‧‧‧半反射鏡
10c‧‧‧焦點調整用透鏡
10d‧‧‧波長選擇濾光器
10e‧‧‧光圈
10f‧‧‧光接收部
10g‧‧‧溫度計控制部
11‧‧‧控制部
20‧‧‧氣相成長速度測量裝置
21‧‧‧初始參數設定部
22‧‧‧膜厚算出部
23‧‧‧參數選擇部
24‧‧‧反射率算出部
25‧‧‧誤差算出部
26‧‧‧參數變更部
27‧‧‧成長速度輸出部
B-1～B6、Cap‧‧‧障壁層的成長時間
d‧‧‧膜厚
G（m）‧‧‧成長速度
ks‧‧‧吸收率
ks'‧‧‧吸收係數
ksub‧‧‧吸收係數
ksub（h）‧‧‧吸收係數
L1‧‧‧照明光
L1a‧‧‧反射光
L2‧‧‧熱輻射光
M1‧‧‧光接收面
n‧‧‧折射率
n（m）‧‧‧折射率
ns‧‧‧折射率
ns'‧‧‧折射率
nsub‧‧‧折射率
nsub（h）‧‧‧折射率
Rmes‧‧‧反射率
S1～S40‧‧‧步驟
tw‧‧‧時刻
W‧‧‧晶圓
W-1～W-6‧‧‧井層的成長時間
Wa‧‧‧膜成長面
Y1‧‧‧曲線
Y2‧‧‧曲線
Y4‧‧‧曲線
Y5‧‧‧曲線
Z（h）‧‧‧係數
φ‧‧‧相位
圖1是表示一實施形態的氣相成長裝置的概略構成的圖。 圖2是表示放射溫度計的內部構成的圖。 圖3是表示反射率Rmes的時間變化的曲線圖。 圖4是對虛擬界面法進行說明的圖。 圖5是表示使GaN層與MQW層成長時所觀測到的反射率Rmes的時間變化的曲線圖。 圖6a是表示在使MQW層成長時，假定與井層成長時相比較，基底層的膜厚在障壁層成長時稍微增大的反射率的時間變化的模型計算的結果的曲線圖。 圖6b是表示在使MQW層成長時，假定基底層的膜厚在障壁層與井層成長時不發生變化的反射率的時間變化的模型計算的結果的曲線圖。 圖7是表示用於圖6所示的模型計算的積層構造的模型的圖。 圖8是對用於第1方法的模型構造與參數進行說明的圖。 圖9是對用於第2方法的模型構造與參數進行說明的圖。 圖10是對用於第3方法的模型構造與參數進行說明的圖。 圖11是對用於第4方法的模型構造與參數進行說明的圖。 圖12是對用於第1方法～第4方法的參數進行歸納的圖。 圖13是表示積層構造及與反射率的時間變化一併記錄的資料的關係的圖。 圖14是表示進行第1方法～第4方法中的任一種方法的氣相成長速度測量裝置的概略構成的方塊圖。 圖15是用以對時刻tw的反射率進行模型計算的參考圖。 圖16是表示基於第1方法來對反射率進行模型計算的順序的流程圖。 圖17是表示基於第2方法來對反射率進行模型計算的順序的流程圖。 圖18是表示基於第3方法來對反射率進行模型計算的順序的流程圖。 圖19是表示伴隨溫度變化時的成長時間與相位φ的關係的圖。 圖20是表示基於第4方法來對反射率進行模型計算的順序的流程圖。 圖21是表示圖3的反射率的時間變化與基於初始參數的模型計算結果的圖。 圖22是表示圖4所示的反射率的時間變化與基於擬合後的參數的模型計算結果的圖。
1‧‧‧氣相成長裝置
2‧‧‧腔室
2a‧‧‧透光窗
3‧‧‧氣體供給部
3a‧‧‧氣體儲存部
3b‧‧‧氣體管
3c‧‧‧氣體閥
4‧‧‧原料放出部
4a‧‧‧沖淋板
4b‧‧‧氣體噴出口
5‧‧‧基座
5a‧‧‧沉孔
6‧‧‧旋轉部
7‧‧‧加熱器
8‧‧‧氣體排出部
9‧‧‧排氣機構
9b‧‧‧排氣閥
9c‧‧‧真空泵
10‧‧‧放射溫度計
11‧‧‧控制部
W‧‧‧晶圓
Wa‧‧‧膜成長面

Claims (10)

  1. 一種氣相成長速度測量裝置，包括： 初始參數設定部，對於各個擬合參數設定初始值，所述擬合參數包含基板的複數折射率、所述基板上所形成的各薄膜的折射率、各薄膜的成長速度及至少一個具有溫度依存性的參數； 膜厚算出部，基於所述各薄膜的成長時間與所設定的所述各薄膜的所述成長速度，算出所述各薄膜的膜厚； 參數選擇部，選擇與成長溫度相對應的值作為所述具有溫度依存性的參數； 反射率計，對形成有所述各薄膜的基板的反射率進行測量； 反射率算出部，使用所述擬合參數的值來算出形成有所述各薄膜的基板的反射率； 誤差算出部，在所述各薄膜的成膜開始後的多個時刻，算出所述反射率算出部所算出的反射率與對應薄膜的由所述反射率計測量出的反射率的實測值之間的誤差； 參數變更部，在所述誤差大於或等於規定值的情況下，變更所述擬合參數的至少一部分的值；以及 成長速度輸出部，輸出基於所述誤差小於所述規定值時的所述擬合參數的值的各薄膜的成長速度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的氣相成長速度測量裝置，其中 所述具有溫度依存性的參數包含根據所述基板上的最表面的薄膜的成長溫度而發生變化的所述基板的複數折射率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的氣相成長速度測量裝置，其中 所述具有溫度依存性的參數包含與所述基板的無溫度依存性的複數折射率相乘的係數。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的氣相成長速度測量裝置，其中 所述具有溫度依存性的參數包含配置於所述基板與所述基板上的最下段的薄膜之間的虛擬中間層的膜厚及折射率中的至少任一個。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的氣相成長速度測量裝置，其中 所述具有溫度依存性的參數包含所述基板上的最表面的薄膜的相位偏差。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的氣相成長速度測量裝置，其中 所述膜厚算出部、所述參數選擇部、所述反射率算出部、所述誤差算出部以及所述參數變更部的各處理反覆地進行，直至所述誤差小於規定值為止。
  7. 一種氣相成長裝置，包括： 反應室，藉由氣相成長反應在基板上形成薄膜； 氣體供給部，將氣體供給至所述反應室； 加熱單元，對所述基板進行加熱； 反射率計，對形成所述薄膜的基板的反射率進行測量； 初始參數設定部，對於各個擬合參數設定初始值，所述擬合參數包含所述基板的複數折射率、所述基板上所形成的各薄膜的折射率、各薄膜的成長速度及至少一個具有溫度依存性的參數； 膜厚算出部，基於所述各薄膜的成長時間與所述各薄膜的成長速度，算出所述各薄膜的膜厚； 參數選擇部，選擇與成長溫度相對應的值作為所述具有溫度依存性的參數； 反射率算出部，使用所述擬合參數的值來算出形成有所述各薄膜的基板的反射率； 誤差算出部，在所述各薄膜的成膜開始後的多個時刻，算出所述反射率算出部所算出的反射率與形成有對應薄膜的基板的由所述反射率計測量出的反射率的實測值之間的誤差； 參數變更部，在所述誤差為大於或等於規定值的情況下，變更所述擬合參數的至少一部分的值；以及 成長速度輸出部，輸出基於所述誤差小於所述規定值時的所述擬合參數的值的各薄膜的成長速度。
  8. 一種氣相成長速度測量方法，包括： 對於各個擬合參數設定初始值，所述擬合參數包含基板的複數折射率、所述基板上所形成的各薄膜的折射率、各薄膜的成長速度及至少一個具有溫度依存性的參數； 測量成長時間，根據所述成長時間與所述各薄膜的成長速度的設定值來算出所述各薄膜的膜厚； 選擇與成長溫度相對應的值作為所述具有溫度依存性的參數； 使用所述擬合參數的值來算出形成有所述各薄膜的基板的反射率； 在所述各薄膜的成膜開始後的多個時刻，計算已算出的所述反射率與對應薄膜的反射率的實測值之間的誤差； 在所述誤差為大於或等於規定值的情況下，變更所述擬合參數的至少一部分的值，再次算出形成有所述各薄膜的基板的反射率，且算出與所述實測值之間的誤差； 輸出基於所述誤差小於規定值時的所述擬合參數的值的所述各薄膜的成長速度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的氣相成長速度測量方法，其中 反覆地變更所述具有溫度依存性的參數的至少一部分，直至所述誤差小於所述規定值為止。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的氣相成長速度測量方法，其中 使用轉換矩陣法或所述薄膜的反射率來依序計算下一次積層的所述薄膜的反射率，藉此，求出形成有所述各薄膜的基板的反射率。
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