JPH1081585A - 基板の表面の処理方法及び装置 - Google Patents
基板の表面の処理方法及び装置Info
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- JPH1081585A JPH1081585A JP8310912A JP31091296A JPH1081585A JP H1081585 A JPH1081585 A JP H1081585A JP 8310912 A JP8310912 A JP 8310912A JP 31091296 A JP31091296 A JP 31091296A JP H1081585 A JPH1081585 A JP H1081585A
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 閉鎖容器内に設置された基板の層成長に関す
る情報を得、該情報によって処理パラメータを変更して
必要とされる結晶構造で基板上に材料層をデポジットす
る方法を提供する。 【解決手段】 監視中の表面の少なくとも１個の小区域
に光ビームを当て、該小区域から散乱した光の強度を正
反射方向と異なる少なくとも１つの方向から検出し、光
ビームの角度、正反射方向と異なる方向の角度、及び光
ビームの波長を決めて該小区域の表面のサブミクロン特
性の詳細を得、層が成長するときに散乱された光の強度
の変化を検出し、温度、圧力、及び材料の流量等の処理
パラメータを散乱光の強度の変化に応じて変更する。
る情報を得、該情報によって処理パラメータを変更して
必要とされる結晶構造で基板上に材料層をデポジットす
る方法を提供する。 【解決手段】 監視中の表面の少なくとも１個の小区域
に光ビームを当て、該小区域から散乱した光の強度を正
反射方向と異なる少なくとも１つの方向から検出し、光
ビームの角度、正反射方向と異なる方向の角度、及び光
ビームの波長を決めて該小区域の表面のサブミクロン特
性の詳細を得、層が成長するときに散乱された光の強度
の変化を検出し、温度、圧力、及び材料の流量等の処理
パラメータを散乱光の強度の変化に応じて変更する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、必要とされる結晶
構造で基板上に少なくとも一つの材料層をデポジットす
る基板の表面を処理する方法及び装置に係わる。
構造で基板上に少なくとも一つの材料層をデポジットす
る基板の表面を処理する方法及び装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】多くのデバイス製造法において、洗浄、
前処理、及び基板上への薄層デポジションが行なわれ
る。基板上の薄膜の完成度は多様な用途において重要で
ある。例えば、エピタキシャル、多結晶質あるいはアモ
ルファスの半導体層、絶縁層、光学部品並びに光学ある
いは磁気記憶装置に施される薄膜被覆、表面エッチン
グ、並びに例えば太陽コンバータのような非正反射面の
前処理などの場合である。
前処理、及び基板上への薄層デポジションが行なわれ
る。基板上の薄膜の完成度は多様な用途において重要で
ある。例えば、エピタキシャル、多結晶質あるいはアモ
ルファスの半導体層、絶縁層、光学部品並びに光学ある
いは磁気記憶装置に施される薄膜被覆、表面エッチン
グ、並びに例えば太陽コンバータのような非正反射面の
前処理などの場合である。
【０００３】薄膜の品質を決定する因子の中に、基板表
面の完成度及び清浄度が含まれる。このことは、複数個
の膜を連続的にデポジットする場合にも該当する。例え
ばシリコン基板からシリコン酸化物層を洗浄によって除
去する際、基板表面を完全に洗浄し、かつ基板表面から
の材料の除去を伴わないことは容易でない。基板表面の
洗浄が不完全であったり、基板表面から材料が除去され
たりすると、基板と成長する層との界面が劣悪化し得
る。
面の完成度及び清浄度が含まれる。このことは、複数個
の膜を連続的にデポジットする場合にも該当する。例え
ばシリコン基板からシリコン酸化物層を洗浄によって除
去する際、基板表面を完全に洗浄し、かつ基板表面から
の材料の除去を伴わないことは容易でない。基板表面の
洗浄が不完全であったり、基板表面から材料が除去され
たりすると、基板と成長する層との界面が劣悪化し得
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】層を成長させるのに、
現在様々な系が用いられている。例えば、気相成長（Ｃ
ＶＤ）及び分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）である。
これらの方法は、十分に洗浄され得る閉鎖チャンバ内で
実施される。この場合、閉鎖されたチャンバ内の基板表
面において生起する事象を把握するという問題が残る。
現在様々な系が用いられている。例えば、気相成長（Ｃ
ＶＤ）及び分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）である。
これらの方法は、十分に洗浄され得る閉鎖チャンバ内で
実施される。この場合、閉鎖されたチャンバ内の基板表
面において生起する事象を把握するという問題が残る。
【０００５】成長界面の監視に散乱光を用いることが、
O. N. Mes-quita et al., PhysicalReview B, Vol. 29,
No. 5, 1March, 1984, pages 2846−2849、及びH. Dur
iget al., Physical Review A, Vol. 30, No. 2, Augus
t, 1984, pa-ges 946−959から公知である。上記２論文
には、ゾーン精製シリンダ内の結晶−液体界面に結晶を
透過する光を当てることが記載されている。反射光が、
界面での結晶成長についての情報をもたらす。
O. N. Mes-quita et al., PhysicalReview B, Vol. 29,
No. 5, 1March, 1984, pages 2846−2849、及びH. Dur
iget al., Physical Review A, Vol. 30, No. 2, Augus
t, 1984, pa-ges 946−959から公知である。上記２論文
には、ゾーン精製シリンダ内の結晶−液体界面に結晶を
透過する光を当てることが記載されている。反射光が、
界面での結晶成長についての情報をもたらす。
【０００６】上述のような先行技術は、閉鎖されたチャ
ンバ内において平坦な半導体材料薄片上での洗浄とそれ
に続くエピタキシャル層成長に関する情報はもたらさな
い。表面の統計諸量、粗さ等は、散乱光から計算され得
る。このことは、OpticalEngineering, July/August, 1
984, Vol. 23, No. 4, J. C. Stover et al., pages 40
6−412 ； Applied Optics, 15 October, 1984, Vol. 2
3, No. 20, P. Roche & E. Pelletier, pages 3561−35
66；S.P.I.E.,Vol. 511, Stray RadiationIV, 1984, R.
M. Silva et al., pages 38−43に記載されている。
ンバ内において平坦な半導体材料薄片上での洗浄とそれ
に続くエピタキシャル層成長に関する情報はもたらさな
い。表面の統計諸量、粗さ等は、散乱光から計算され得
る。このことは、OpticalEngineering, July/August, 1
984, Vol. 23, No. 4, J. C. Stover et al., pages 40
6−412 ； Applied Optics, 15 October, 1984, Vol. 2
3, No. 20, P. Roche & E. Pelletier, pages 3561−35
66；S.P.I.E.,Vol. 511, Stray RadiationIV, 1984, R.
M. Silva et al., pages 38−43に記載されている。
【０００７】被覆層を成長させるのには、正反射光が用
いられている。例えば、米国特許第3,892,490 号、英国
特許第731,865 号、ヨーロッパ特許第A.2,0,150,945 号
を参照されたい。
いられている。例えば、米国特許第3,892,490 号、英国
特許第731,865 号、ヨーロッパ特許第A.2,0,150,945 号
を参照されたい。
【０００８】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、閉鎖容器内に設置された処理中の
基板のエピタキシャル層成長に関する情報を得、その情
報によって処理パラメータを変更し得る、必要とされる
結晶構造で基板上に少なくとも一つの材料層をデポジッ
トする基板の表面を処理する方法及び装置を提供するこ
とを目的とする。
めになされたもので、閉鎖容器内に設置された処理中の
基板のエピタキシャル層成長に関する情報を得、その情
報によって処理パラメータを変更し得る、必要とされる
結晶構造で基板上に少なくとも一つの材料層をデポジッ
トする基板の表面を処理する方法及び装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の目的は、本発明に
よれば、基板の表面に光ビームを当てて、基板から散乱
した光の強度を正反射方向と異る少なくとも一つの方向
から検出することによって解決される。即ち検出した光
の強度の変化を、例えば温度、圧力、及び材料の流量等
の処理パラメータの変更に用いる。
よれば、基板の表面に光ビームを当てて、基板から散乱
した光の強度を正反射方向と異る少なくとも一つの方向
から検出することによって解決される。即ち検出した光
の強度の変化を、例えば温度、圧力、及び材料の流量等
の処理パラメータの変更に用いる。
【００１０】本発明によれば、必要とされる結晶構造で
基板上に少なくとも一つの材料層をデポジットする基板
の表面の処理方法は、基板を閉鎖容器内に設置する段階
と、基板の温度を制御する段階と、容器内の圧力を制御
する段階と、一つ又は複数の層を形成するために必要
な、容器内における一つ又は複数の材料の流れを制御す
る段階と、監視中の表面の少なくとも１個の小区域に光
ビームを当てる段階と、前記小区域から散乱した光の強
度を正反射方向と異なる少なくとも１つの方向から検出
する段階と、前記小区域の表面のサブミクロン特性の詳
細を得るべく、前記小区域に当たる光ビームの角度、前
記正反射方向と異なる方向の角度、及び光ビームの波長
を決める段階と、層が成長するときに、前記小区域内の
サブミクロン特性により散乱された光の強度の変化を検
出する段階と、前記必要とされる結晶特性を有する一つ
又は複数の層を成長させるべく、温度、圧力、及び材料
の流量の処理パラメータの少なくとも一つを、前記基板
の小区域内の成長を表す、正反射方向と異なる方向の散
乱光の強度の変化に応じて変更する段階とを含んでい
る。
基板上に少なくとも一つの材料層をデポジットする基板
の表面の処理方法は、基板を閉鎖容器内に設置する段階
と、基板の温度を制御する段階と、容器内の圧力を制御
する段階と、一つ又は複数の層を形成するために必要
な、容器内における一つ又は複数の材料の流れを制御す
る段階と、監視中の表面の少なくとも１個の小区域に光
ビームを当てる段階と、前記小区域から散乱した光の強
度を正反射方向と異なる少なくとも１つの方向から検出
する段階と、前記小区域の表面のサブミクロン特性の詳
細を得るべく、前記小区域に当たる光ビームの角度、前
記正反射方向と異なる方向の角度、及び光ビームの波長
を決める段階と、層が成長するときに、前記小区域内の
サブミクロン特性により散乱された光の強度の変化を検
出する段階と、前記必要とされる結晶特性を有する一つ
又は複数の層を成長させるべく、温度、圧力、及び材料
の流量の処理パラメータの少なくとも一つを、前記基板
の小区域内の成長を表す、正反射方向と異なる方向の散
乱光の強度の変化に応じて変更する段階とを含んでい
る。
【００１１】基板上にデポジットする材料は、元の表
面、即ち基板表面の材料と同じかあるいは異なる材料で
あり得る。層のデポジションは、気相成長（ＣＶＤ）、
金属有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、分子ビームエピ
タキシー（ＭＢＥ）等によって実施され得る。
面、即ち基板表面の材料と同じかあるいは異なる材料で
あり得る。層のデポジションは、気相成長（ＣＶＤ）、
金属有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、分子ビームエピ
タキシー（ＭＢＥ）等によって実施され得る。
【００１２】処理パラメータの変更は、一つの材料の層
成長から他の異なる材料の層成長への切り替えか、ある
いは特定された終点での成長停止を実現し得る。
成長から他の異なる材料の層成長への切り替えか、ある
いは特定された終点での成長停止を実現し得る。
【００１３】好ましくは、処理は高圧あるいは極低圧に
耐え得る容器内で実施する。それによって、容器とその
内容を処理前及び処理中に十分に洗浄することが可能と
なる。
耐え得る容器内で実施する。それによって、容器とその
内容を処理前及び処理中に十分に洗浄することが可能と
なる。
【００１４】本発明によれば、必要とされる結晶構造で
基板上に少なくとも一つの材料層をデポジットする基板
の表面の処理装置は、処理すべき基板を保持し得る閉鎖
容器と、基板を加熱する手段を含み、基板の温度を制御
する手段と、減圧手段を含み、容器内の圧力を制御する
手段と、容器内に材料を導入する手段を含み、容器内に
おける一つ又は複数の材料の流れを制御する手段と、監
視中の表面の少なくとも１個の小区域に光ビームを当て
る手段と、前記小区域から散乱した光の強度を正反射方
向と異なる少なくとも１つの方向から検出する手段と、
前記小区域の表面のサブミクロン特性の詳細を得るべ
く、前記小区域に当たる光ビームの角度、前記正反射方
向と異なる方向の角度、及び光ビームの波長を調整する
手段と、前記必要とされる結晶特性を有する一つ又は複
数の層を成長させるべく、温度、圧力、及び材料の流量
の処理パラメータの少なくとも一つを、前記基板の小区
域内の成長を表す、正反射方向と異なる方向の散乱光の
強度の変化に応じて変更する手段とを含んでいる。
基板上に少なくとも一つの材料層をデポジットする基板
の表面の処理装置は、処理すべき基板を保持し得る閉鎖
容器と、基板を加熱する手段を含み、基板の温度を制御
する手段と、減圧手段を含み、容器内の圧力を制御する
手段と、容器内に材料を導入する手段を含み、容器内に
おける一つ又は複数の材料の流れを制御する手段と、監
視中の表面の少なくとも１個の小区域に光ビームを当て
る手段と、前記小区域から散乱した光の強度を正反射方
向と異なる少なくとも１つの方向から検出する手段と、
前記小区域の表面のサブミクロン特性の詳細を得るべ
く、前記小区域に当たる光ビームの角度、前記正反射方
向と異なる方向の角度、及び光ビームの波長を調整する
手段と、前記必要とされる結晶特性を有する一つ又は複
数の層を成長させるべく、温度、圧力、及び材料の流量
の処理パラメータの少なくとも一つを、前記基板の小区
域内の成長を表す、正反射方向と異なる方向の散乱光の
強度の変化に応じて変更する手段とを含んでいる。
【００１５】好ましくは、容器は圧力容器及び／または
真空気密容器で、その内部はエアロック付きの複数個の
セクションに仕切られており、それによって、洗浄及び
成長セクションを汚染せずに内容物を出し入れすること
が可能となる。
真空気密容器で、その内部はエアロック付きの複数個の
セクションに仕切られており、それによって、洗浄及び
成長セクションを汚染せずに内容物を出し入れすること
が可能となる。
【００１６】488nm で発光するアルゴンイオンレーザ
が、光源として用いられ得る。光源は、継続して発光す
るようにあるいは脈動式に点滅するように操作され得
る。あるいは他の場合には、白色光その他の非レーザ型
光源が用いられ得る。光は平面偏光され得、その偏光軸
線は監視される表面に関して回転され得る。従って、異
なる偏光角度において測定が為される。検出器は、488n
m 帯域フィルタを具備したホトン計数光電子増倍管であ
り得る。
が、光源として用いられ得る。光源は、継続して発光す
るようにあるいは脈動式に点滅するように操作され得
る。あるいは他の場合には、白色光その他の非レーザ型
光源が用いられ得る。光は平面偏光され得、その偏光軸
線は監視される表面に関して回転され得る。従って、異
なる偏光角度において測定が為される。検出器は、488n
m 帯域フィルタを具備したホトン計数光電子増倍管であ
り得る。
【００１７】正反射方向と異なる方向へ散乱する光の量
は予想外に多いことが判明した。この量は、例えば洗浄
並びにシリコンのデポジションの間に生起するナノメー
トル規模の表面の変化に対して非常に感応性である。幾
つかの事例において表面の、洗浄あるいはデポジション
によってもたらされる様相は方向性を有し、及び／また
は周期的である。その場合、散乱光の強度は、入射角度
及び検出方向によって甚だしく変化する。従って、測定
を二つ以上の方向で行なうことによって、トポグラフィ
ーについてのより詳細な情報が取得され得る。また、所
与の一方向への散乱の強度は波長に従属する。異なる波
長で散乱光の強度を測定することによって、更に情報が
得られる。
は予想外に多いことが判明した。この量は、例えば洗浄
並びにシリコンのデポジションの間に生起するナノメー
トル規模の表面の変化に対して非常に感応性である。幾
つかの事例において表面の、洗浄あるいはデポジション
によってもたらされる様相は方向性を有し、及び／また
は周期的である。その場合、散乱光の強度は、入射角度
及び検出方向によって甚だしく変化する。従って、測定
を二つ以上の方向で行なうことによって、トポグラフィ
ーについてのより詳細な情報が取得され得る。また、所
与の一方向への散乱の強度は波長に従属する。異なる波
長で散乱光の強度を測定することによって、更に情報が
得られる。
【００１８】散乱光は、表面からの反射においても、あ
るいはまた表面直下においても検出され得、更に基板透
過後にも検出され得る。光による走査は、当該基板のマ
ップを形成するべく１個以上の基板の表面全体にわたっ
て実施され得る。
るいはまた表面直下においても検出され得、更に基板透
過後にも検出され得る。光による走査は、当該基板のマ
ップを形成するべく１個以上の基板の表面全体にわたっ
て実施され得る。
【００１９】上述の方法は、主に次のことに用いられ
る。
る。
【００２０】１． 基板の前処理及び洗浄の間、並びに
層デポジションの間、表面トポグラフィーの変化を実時
間で表示する。
層デポジションの間、表面トポグラフィーの変化を実時
間で表示する。
【００２１】２． 洗浄あるいは成長条件を最適化する
ため、測定された表面変化に応じて処理パラメータの変
更を制御する。
ため、測定された表面変化に応じて処理パラメータの変
更を制御する。
【００２２】３． 処理パラメータの変更が特定の限度
内で実施されることを保証するべく該変更の効果を監視
する。
内で実施されることを保証するべく該変更の効果を監視
する。
【００２３】４． デポジション（あるいはエッチン
グ）シーケンスの際に特定の終点を指示する。
グ）シーケンスの際に特定の終点を指示する。
【００２４】５． 処理における一様性を監視するべ
く、走査光学系あるいは可動基板システムが用いられる
場合基板表面を「マッピング」する。
く、走査光学系あるいは可動基板システムが用いられる
場合基板表面を「マッピング」する。
【００２５】６． 例えばステップ配列、固相エピタキ
シー、表面偏析といった特別の成長モードを指示する。
シー、表面偏析といった特別の成長モードを指示する。
【００２６】７． 成長層中の欠陥の存在を指示する。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照しつつ以下に単なる一例として説明する。
付図面を参照しつつ以下に単なる一例として説明する。
【００２８】図１及び図２に、基板を洗浄し、かつ洗浄
した基板上に層を成長させる装置を幾分概略的に示す。
この装置の主要部は、高圧あるいは極低圧に耐え得る成
長チャンバ１である。成長チャンバ１には、進入ロック
３を介して成長チャンバ１の内部と連通する装填チャン
バ２が固定されている。装填チャンバ２に設置された進
入ロック４によって、基板５の装填が可能となる。成長
チャンバ１内に、両チャンバ１、２間で基板を移動させ
るべく移動可能な基板ホルダ６が位置する。ヒータ７
が、基板５を必要な温度に加熱するべく配置されてい
る。ポンプ８、９は、必要に応じてチャンバ１、２から
排気する。送入マニホルド10が様々なガスを、弁11を介
して成長チャンバ１へ、また弁12を介して装填チャンバ
２へ供給する。図示したように、マニホルド10は弁13、
14、15を介して、例えばシラン、水素及びドーパントの
３種の供給ガスを受け取る。Knudson 炉16(1個のみ図
示）はその内容物を、関連シャッタ17が可能にする範囲
で基板５上へ供給する。イオンガン18が、必要に応じて
基板５を照射するべく配置されている。
した基板上に層を成長させる装置を幾分概略的に示す。
この装置の主要部は、高圧あるいは極低圧に耐え得る成
長チャンバ１である。成長チャンバ１には、進入ロック
３を介して成長チャンバ１の内部と連通する装填チャン
バ２が固定されている。装填チャンバ２に設置された進
入ロック４によって、基板５の装填が可能となる。成長
チャンバ１内に、両チャンバ１、２間で基板を移動させ
るべく移動可能な基板ホルダ６が位置する。ヒータ７
が、基板５を必要な温度に加熱するべく配置されてい
る。ポンプ８、９は、必要に応じてチャンバ１、２から
排気する。送入マニホルド10が様々なガスを、弁11を介
して成長チャンバ１へ、また弁12を介して装填チャンバ
２へ供給する。図示したように、マニホルド10は弁13、
14、15を介して、例えばシラン、水素及びドーパントの
３種の供給ガスを受け取る。Knudson 炉16(1個のみ図
示）はその内容物を、関連シャッタ17が可能にする範囲
で基板５上へ供給する。イオンガン18が、必要に応じて
基板５を照射するべく配置されている。
【００２９】488nm で約10mWの発光を行なうアルゴンイ
オンレーザ20が、その光出力21が走査光学系22及びウィ
ンドウ23を経て基板５上の小区域24に当たるように取り
付けられている。レーザ光21は線Rsで示したように正反
射するが、この正反射は用いられない。替わりに、レー
ザ光21の面内で正反射方向と異なる方向へ散乱した光26
をウィンドウ27を介して受容するべく、基板５上方に検
出器25が取り付けられている。図示した角度及び面に替
えて、あるいは該角度及び面に加えて、他の角度及び面
も選択され得る。検出器25は、488nm 帯域フィルタと、
適当な集光レンズ及び開口とを有するホトン計数光電子
増倍管であり得る。走査光学系28が検出器25による基板
５の表面の走査を可能にし、この光学系28はレーザ用の
走査光学系22と結合され得る。
オンレーザ20が、その光出力21が走査光学系22及びウィ
ンドウ23を経て基板５上の小区域24に当たるように取り
付けられている。レーザ光21は線Rsで示したように正反
射するが、この正反射は用いられない。替わりに、レー
ザ光21の面内で正反射方向と異なる方向へ散乱した光26
をウィンドウ27を介して受容するべく、基板５上方に検
出器25が取り付けられている。図示した角度及び面に替
えて、あるいは該角度及び面に加えて、他の角度及び面
も選択され得る。検出器25は、488nm 帯域フィルタと、
適当な集光レンズ及び開口とを有するホトン計数光電子
増倍管であり得る。走査光学系28が検出器25による基板
５の表面の走査を可能にし、この光学系28はレーザ用の
走査光学系22と結合され得る。
【００３０】例えばコンピュータである制御ユニット30
が、各弁13、14及び15、ポンプ８及び９、炉16、ガン1
8、ヒータ７、光学系22及び28、レーザ20並びに検出器2
5と結合されて、層の成長を後述のように制御する。加
えて、検出器出力を可視表示し、洗浄及び層成長におけ
る装置の手動制御を可能にするべくブラウン管（ＣＲ
Ｔ）31あるいはグラフプロッタが用いられ得る。成長を
加減するための、即ち光促進型処理のための第二の光源
として、付加的なレーザ（図示せず）を用いることも可
能である。
が、各弁13、14及び15、ポンプ８及び９、炉16、ガン1
8、ヒータ７、光学系22及び28、レーザ20並びに検出器2
5と結合されて、層の成長を後述のように制御する。加
えて、検出器出力を可視表示し、洗浄及び層成長におけ
る装置の手動制御を可能にするべくブラウン管（ＣＲ
Ｔ）31あるいはグラフプロッタが用いられ得る。成長を
加減するための、即ち光促進型処理のための第二の光源
として、付加的なレーザ（図示せず）を用いることも可
能である。
【００３１】正反射光Rsは、検出して、レーザ20の出力
を安定化する帰還ループに用いることができる。正反射
光はまた、ウィンドウ23等の望ましくない被覆への対処
のために検出して用いることもできる。上記のような被
覆は、チャンバ１内での材料の望ましくないデポジショ
ンによって生成し得る。このウィンドウ被覆の補償に
は、レーザ20からの光か、あるいはウィンドウ27越しに
投光する別のレーザからの光が用いられ得る。後者の場
合、正反射光は上記ウィンドウ27を通しても受け取られ
る。
を安定化する帰還ループに用いることができる。正反射
光はまた、ウィンドウ23等の望ましくない被覆への対処
のために検出して用いることもできる。上記のような被
覆は、チャンバ１内での材料の望ましくないデポジショ
ンによって生成し得る。このウィンドウ被覆の補償に
は、レーザ20からの光か、あるいはウィンドウ27越しに
投光する別のレーザからの光が用いられ得る。後者の場
合、正反射光は上記ウィンドウ27を通しても受け取られ
る。
【００３２】図１及び図２に示した装置は、デバイス用
のシリコンウエハ基板を、比較的一般に用いられる1,00
0 ℃に替えてより低温で、例えば850 ℃で処理するのに
用いられ得る。低温シリコンエピタキシーの主な段階
は、（１） チャンバ外での基板の予洗浄、例えば公知
のＲＣＡ洗浄；（２） 成長チャンバ１あるいはチャン
バ２内での基板表面酸化物除去、例えばスパッタ洗浄；
及び（３） 成長チャンバ１内での基板への、ＣＶＤあ
るいはＭＢＥ技術によるデポジション及び／またはドー
ピングである。
のシリコンウエハ基板を、比較的一般に用いられる1,00
0 ℃に替えてより低温で、例えば850 ℃で処理するのに
用いられ得る。低温シリコンエピタキシーの主な段階
は、（１） チャンバ外での基板の予洗浄、例えば公知
のＲＣＡ洗浄；（２） 成長チャンバ１あるいはチャン
バ２内での基板表面酸化物除去、例えばスパッタ洗浄；
及び（３） 成長チャンバ１内での基板への、ＣＶＤあ
るいはＭＢＥ技術によるデポジション及び／またはドー
ピングである。
【００３３】以下、ＣＶＤ技術によるシリコンのエピタ
キシャル層成長の例を示す。
キシャル層成長の例を示す。
【００３４】段階１ シリコンウエハをＲＣＡ技術を用いて、もしくは水性H.
F.中で濯ぎ、続いて脱イオン水中で濯ぎ、かつ乾燥する
ことによって洗浄する。
F.中で濯ぎ、続いて脱イオン水中で濯ぎ、かつ乾燥する
ことによって洗浄する。
【００３５】ＲＣＡ技術での洗浄によって、比較的除去
され易い熱的に不安定な酸化物の層が除去される。
され易い熱的に不安定な酸化物の層が除去される。
【００３６】段階２ 洗浄したウエハを装填チャンバ内に装填し、圧力を10-7
mB以下に低減する。
mB以下に低減する。
【００３７】段階３ ウエハを排気した成長チャンバ内に装填し、Ｈ2を流す
一方、ポンプ８を操作して圧力を約1.33mB（１トール）
に維持する。
一方、ポンプ８を操作して圧力を約1.33mB（１トール）
に維持する。
【００３８】段階４ 約 0.1cm2の区域をレーザで照射し、散乱光を検出する
ことによって散乱測定を開始する。
ことによって散乱測定を開始する。
【００３９】段階５ ウエハをヒータ７で、 850℃まで緩慢に加熱する。ウエ
ハ基板が 850℃に達する点を、図３において記号Ｏで示
す。この点は、レーザ照射区域での酸化物脱離の開始を
示唆する。
ハ基板が 850℃に達する点を、図３において記号Ｏで示
す。この点は、レーザ照射区域での酸化物脱離の開始を
示唆する。
【００４０】加熱を約５〜15分継続する間酸化物は脱離
し続け、酸化物及び基板表面の粗さが増すほど正反射光
に対する散乱光の割合も増大する。図３の点Ａは、酸化
物層の破壊を示唆する。洗浄工程が継続される場合、表
面の粗さは点Ｂまで増大する。点Ｂ以後、ウエハの温度
は約 825℃まで低下し、表面の粗さがほぼ一定に保たれ
ることが知見される。
し続け、酸化物及び基板表面の粗さが増すほど正反射光
に対する散乱光の割合も増大する。図３の点Ａは、酸化
物層の破壊を示唆する。洗浄工程が継続される場合、表
面の粗さは点Ｂまで増大する。点Ｂ以後、ウエハの温度
は約 825℃まで低下し、表面の粗さがほぼ一定に保たれ
ることが知見される。
【００４１】酸化物層が基板元来の酸化物である場合
は、該層を同じ時間で除去するのにより高い温度が必要
である。元来の酸化物は、揮発性酸化物を生成する元素
を用いて反応性エッチングを実施することによっても除
去され得る。シリコンエピタキシーでの好ましい反応に
は、シリコン原子が用いられる。
は、該層を同じ時間で除去するのにより高い温度が必要
である。元来の酸化物は、揮発性酸化物を生成する元素
を用いて反応性エッチングを実施することによっても除
去され得る。シリコンエピタキシーでの好ましい反応に
は、シリコン原子が用いられる。
【００４２】
【数１】
【００４３】シリコン原子は、低ＳｉＨ4流束の熱分解
によって発生され得る。ＭＢＥ法では、原子はｅビーム
ハースから生産され得る。
によって発生され得る。ＭＢＥ法では、原子はｅビーム
ハースから生産され得る。
【００４４】図４、並びに図５に示したように、他のウ
エハについても同様のグラフが得られる。酸化物の破壊
がＡにおいて観察され、粗さはＢに向かって増大する。
エハについても同様のグラフが得られる。酸化物の破壊
がＡにおいて観察され、粗さはＢに向かって増大する。
【００４５】段階６ 洗浄した表面上にシリコン層を成長させるために、シラ
ン（ＳｉＨ4）ガスを、典型的には１〜100sccm （１分
当たりの標準立方センチメートル）の割合で過剰Ｈ2中
に導入し、その際圧力は1.33mBに維持する。
ン（ＳｉＨ4）ガスを、典型的には１〜100sccm （１分
当たりの標準立方センチメートル）の割合で過剰Ｈ2中
に導入し、その際圧力は1.33mBに維持する。
【００４６】シランの効果は図４ａ及び図４ｂの点Ｂで
観察され、散乱光の強度の低下は成長するシリコンの平
滑化作用のためと看做される。短い時間の後に、点Ｃに
おいて核形成が始まり、散乱光の強度は高い値に達す
る。その後、成長表面は次第に平滑となり、散乱光の強
度は点Ｄへと減少する。図４ａ及び図４ｂは、同様ウエ
ハについて互いに直交する２方向それぞれにおいて行な
った測定を示す。
観察され、散乱光の強度の低下は成長するシリコンの平
滑化作用のためと看做される。短い時間の後に、点Ｃに
おいて核形成が始まり、散乱光の強度は高い値に達す
る。その後、成長表面は次第に平滑となり、散乱光の強
度は点Ｄへと減少する。図４ａ及び図４ｂは、同様ウエ
ハについて互いに直交する２方向それぞれにおいて行な
った測定を示す。
【００４７】半導体エピタキシーにおける好ましい成長
モードは、格子ステップの二次元伝播によって実現され
る。この成長モードは、例えば超格子にとっていずれも
非常に重要である、原子的に平坦な界面と一様なドーパ
ント含有との実現に有利である。結晶面が<100> 面から
僅かしか偏移していない場合、基板表面は、典型的には
幅が約 1,000Å、高さが約５Åである格子ステップの連
なりから成る。特別の成長条件下では、格子ステップの
周期的線形配列が成長表面上に形成され得る。Nomarski
干渉顕微鏡観察並びに表面輪郭図作成が示すところによ
れば、上記ステップ配列の山から谷に至る深さは約３nm
で、また該配列の周期は約１μmである。このようなス
テップ配列の形成及び伝播は、図４ａ及び図４ｂに示す
ように容易に検出される。図４ａにおいて、山及び谷32
はレーザ光21の方向に対して垂直である。図４ｂでは、
山及び谷32はレーザ光21に対して平行である。このこと
をグラフの右手上方の隅に示す。円上の平坦部33は、<1
00> 結晶方向を示す。
モードは、格子ステップの二次元伝播によって実現され
る。この成長モードは、例えば超格子にとっていずれも
非常に重要である、原子的に平坦な界面と一様なドーパ
ント含有との実現に有利である。結晶面が<100> 面から
僅かしか偏移していない場合、基板表面は、典型的には
幅が約 1,000Å、高さが約５Åである格子ステップの連
なりから成る。特別の成長条件下では、格子ステップの
周期的線形配列が成長表面上に形成され得る。Nomarski
干渉顕微鏡観察並びに表面輪郭図作成が示すところによ
れば、上記ステップ配列の山から谷に至る深さは約３nm
で、また該配列の周期は約１μmである。このようなス
テップ配列の形成及び伝播は、図４ａ及び図４ｂに示す
ように容易に検出される。図４ａにおいて、山及び谷32
はレーザ光21の方向に対して垂直である。図４ｂでは、
山及び谷32はレーザ光21に対して平行である。このこと
をグラフの右手上方の隅に示す。円上の平坦部33は、<1
00> 結晶方向を示す。
【００４８】図４ａから知見されるように、成長表面は
点Ｃでの核形成後次第に平滑になり、点Ｄにおいて低い
値が達成される。その後、山及び谷の影響が際立ってく
るので、散乱光の強度は点Ｅまで増大する。このこと
は、周期的なステップ配列によってレーザ光が検出器の
方向へ強度に回折することに由来する。図４ｂでは、Ｃ
での核形成後の成長表面は点Ｄまで次第に平滑化し、散
乱光の強度は層が点Ｅまで成長を継続する間ほぼ同様の
ままである。この配向において、周期的ステップ配列は
検出器方向への回折を実現しない。即ち、用途によって
は、最も多くの情報を得るにはレーザ光21の方向を成長
する層の方向に関して回転し得ることが必要となる。
点Ｃでの核形成後次第に平滑になり、点Ｄにおいて低い
値が達成される。その後、山及び谷の影響が際立ってく
るので、散乱光の強度は点Ｅまで増大する。このこと
は、周期的なステップ配列によってレーザ光が検出器の
方向へ強度に回折することに由来する。図４ｂでは、Ｃ
での核形成後の成長表面は点Ｄまで次第に平滑化し、散
乱光の強度は層が点Ｅまで成長を継続する間ほぼ同様の
ままである。この配向において、周期的ステップ配列は
検出器方向への回折を実現しない。即ち、用途によって
は、最も多くの情報を得るにはレーザ光21の方向を成長
する層の方向に関して回転し得ることが必要となる。
【００４９】成長の際に容易に観察される別の特性は、
成長する層の品質である。この品質は、図５ａ、図５ｂ
及び図５ｃから知見される。図５ｃは、ＳｉＨ4を用い
たＣＶＤの実験から得られる、成長温度に対する成長速
度のグラフである。良質のエピタキシャル成長と欠陥レ
ベルの高い低質の成長とを区別する境界線が認められ
る。図５ａに示した試料では 860℃で洗浄し、かつ10sc
cmのシラン流並びに400sccm のＨ2流を用いて 820℃で
成長させた。図５ａにおいて酸化物の除去が点Ａで、ま
たシランの導入がＢで認められる。Ｃでの核形成に続い
て成長が起こり、その際測定される散乱光は連続的に減
少した。
成長する層の品質である。この品質は、図５ａ、図５ｂ
及び図５ｃから知見される。図５ｃは、ＳｉＨ4を用い
たＣＶＤの実験から得られる、成長温度に対する成長速
度のグラフである。良質のエピタキシャル成長と欠陥レ
ベルの高い低質の成長とを区別する境界線が認められ
る。図５ａに示した試料では 860℃で洗浄し、かつ10sc
cmのシラン流並びに400sccm のＨ2流を用いて 820℃で
成長させた。図５ａにおいて酸化物の除去が点Ａで、ま
たシランの導入がＢで認められる。Ｃでの核形成に続い
て成長が起こり、その際測定される散乱光は連続的に減
少した。
【００５０】図５ｂに示した試料では 860℃で洗浄し、
かつ10sccmのシラン流並びに 400sccmのＨ2流を用いて
755℃で成長させた。点Ｂでのシラン導入後、Ｃで核形
成が起こる。その後、成長表面は、表面欠陥が多いため
散乱光の強度は高いレベルに留まる。このように、成長
表面の品質が実時間で測定され得、任意の修正が必要に
応じて施され得る。
かつ10sccmのシラン流並びに 400sccmのＨ2流を用いて
755℃で成長させた。点Ｂでのシラン導入後、Ｃで核形
成が起こる。その後、成長表面は、表面欠陥が多いため
散乱光の強度は高いレベルに留まる。このように、成長
表面の品質が実時間で測定され得、任意の修正が必要に
応じて施され得る。
【００５１】段階７ シリコンが所望の厚みに成長したら、シラン流を停止す
る。
る。
【００５２】段階８ 成長チャンバ内には、異なる層を成長させるべく異なる
ガスを流すことができる。例えば、シランにジボランの
ようなドーパントを加えたものをドーパント含有層の成
長に用い得る。上記層並びに後続する任意の層の成長
は、上述のような散乱光の強度によって監視される。こ
の技術は、例えば超格子のような、多くの工程変更が実
施されかつ監視されなければならない複雑な構造におい
て非常に有用であると考えられる。
ガスを流すことができる。例えば、シランにジボランの
ようなドーパントを加えたものをドーパント含有層の成
長に用い得る。上記層並びに後続する任意の層の成長
は、上述のような散乱光の強度によって監視される。こ
の技術は、例えば超格子のような、多くの工程変更が実
施されかつ監視されなければならない複雑な構造におい
て非常に有用であると考えられる。
【００５３】段階９ ウエハをチャンバから取り出す。
【００５４】以下、ＭＢＥ技術によるシリコンウエハ上
でのシリコン層成長の例を示す。
でのシリコン層成長の例を示す。
【００５５】段階１ シリコンウエハを装填チャンバ内に装填し、圧力を10-7
mB以下に低減してウエハ及びチャンバに脱ガス処理を施
す。
mB以下に低減してウエハ及びチャンバに脱ガス処理を施
す。
【００５６】段階２ ウエハを、ポンプ８で10-10mB以下の真空に維持した成
長チャンバ１内に移す。
長チャンバ１内に移す。
【００５７】段階３ ウエハの小区域にレーザ光を照射し、正反射方向と異な
る方向から散乱光の強度を測定する。
る方向から散乱光の強度を測定する。
【００５８】段階４ ウエハの温度をヒータ７で、 850℃まで緩慢に上昇させ
る。図６、図７、図８はＭＢＥで処理したウエハを示
す。点Ｏまでは、散乱光の強度はウエハの温度が上昇し
ていってもほぼ一定のままである。
る。図６、図７、図８はＭＢＥで処理したウエハを示
す。点Ｏまでは、散乱光の強度はウエハの温度が上昇し
ていってもほぼ一定のままである。
【００５９】段階５ シャッタ17を開き、Knudson 炉その他のSi源からシリコ
ンを流入させ、ウエハ上に到達させる。典型的な流速
は、毎秒１cm2当たり原子約５×1014個である。Siシャ
ッタが開く点を、点Ｏで示す。点Ｏの後に短い導入期間
が有り、この期間中に基板元来の酸化物が、反応
ンを流入させ、ウエハ上に到達させる。典型的な流速
は、毎秒１cm2当たり原子約５×1014個である。Siシャ
ッタが開く点を、点Ｏで示す。点Ｏの後に短い導入期間
が有り、この期間中に基板元来の酸化物が、反応
【００６０】
【数２】
【００６１】によってエッチングされる。酸化物の最後
のものが除去されるにつれ、散乱光の強度が増す。点Ａ
において散乱光の強度に、図４ａ及び図４ｂのピークＡ
に類似のピークが生じる。その後、散乱光の強度は点Ｃ
まで増大し、点Ｃにおいて核形成が起こり、層成長が始
まる。このピークＣは、主にＭＢＥデポジションでの成
長速度が普通毎秒約１Åと低いことに起因して、ＣＶＤ
成長でのピークＣよりはるかに幅広となる。
のものが除去されるにつれ、散乱光の強度が増す。点Ａ
において散乱光の強度に、図４ａ及び図４ｂのピークＡ
に類似のピークが生じる。その後、散乱光の強度は点Ｃ
まで増大し、点Ｃにおいて核形成が起こり、層成長が始
まる。このピークＣは、主にＭＢＥデポジションでの成
長速度が普通毎秒約１Åと低いことに起因して、ＣＶＤ
成長でのピークＣよりはるかに幅広となる。
【００６２】段階６ 必要量のSiが成長した後、Siシャッタを閉じる。図６の
点Ｂは、上記シャッタの閉鎖を示す。
点Ｂは、上記シャッタの閉鎖を示す。
【００６３】図７は、上述のものとは些か異なる手続き
を示す。上述同様、点ＯにおいてSiシャッタが開かれ、
散乱光の強度が増大する。点Ａにおいてシャッタ17は閉
じられる。散乱光の強度は、点Ｂでなお 850℃の温度に
おいてシャッタ17が再び開かれるまでほぼ一定のままで
あり続ける。その後曲線に更に段が生じることで、恐ら
く酸化物の除去が初め完全でなかったことが示される。
点Ｂ後、核形成が生起するために散乱光の強度は点Ｃま
で増大する。成長はSiシャッタ17が閉じられる点Ｄまで
継続する。その後は、散乱光の強度はほぼ一定のままで
ある。
を示す。上述同様、点ＯにおいてSiシャッタが開かれ、
散乱光の強度が増大する。点Ａにおいてシャッタ17は閉
じられる。散乱光の強度は、点Ｂでなお 850℃の温度に
おいてシャッタ17が再び開かれるまでほぼ一定のままで
あり続ける。その後曲線に更に段が生じることで、恐ら
く酸化物の除去が初め完全でなかったことが示される。
点Ｂ後、核形成が生起するために散乱光の強度は点Ｃま
で増大する。成長はSiシャッタ17が閉じられる点Ｄまで
継続する。その後は、散乱光の強度はほぼ一定のままで
ある。
【００６４】図８は、更に別の手続きを示す。先に述べ
たように、ウエハを 850℃に加熱し、点ＯでSiシャッタ
を開く。散乱光の強度は、シャッタが閉じられる点Ａま
で増大する。点Ａ及びＢ間にウエハ温度は 825℃まで低
下し、一方散乱光の強度は一定のままである。点ＢでSi
シャッタが開かれ、核形成及び層成長が始まる。散乱光
の強度は以前より低レベルとなる。このことは成長層中
の欠陥のレベルが下がることを意味するということが、
後の測定によって示される。従って、点Ａでの散乱光強
度の上昇は、好ましい核形成及び成長のために基板温度
を低下させるべく洗浄後にSiシャッタを閉じる合図と看
做され得る。
たように、ウエハを 850℃に加熱し、点ＯでSiシャッタ
を開く。散乱光の強度は、シャッタが閉じられる点Ａま
で増大する。点Ａ及びＢ間にウエハ温度は 825℃まで低
下し、一方散乱光の強度は一定のままである。点ＢでSi
シャッタが開かれ、核形成及び層成長が始まる。散乱光
の強度は以前より低レベルとなる。このことは成長層中
の欠陥のレベルが下がることを意味するということが、
後の測定によって示される。従って、点Ａでの散乱光強
度の上昇は、好ましい核形成及び成長のために基板温度
を低下させるべく洗浄後にSiシャッタを閉じる合図と看
做され得る。
【００６５】上述のような散乱光測定部を具備した装置
を用いて、次のような他の現象も検出できる。
を用いて、次のような他の現象も検出できる。
【００６６】１． 約 100℃のSiウエハからの、表面膜
の剥離。このことは普通、散乱光の強度の低下として示
される。
の剥離。このことは普通、散乱光の強度の低下として示
される。
【００６７】２． イオン衝撃により酸化物を除去した
後に生起する、Siウエハのアモルファス表面の再配向。
スパッタリングに約６kVのNe+ イオンが用いられた場
合、表面は約 620℃で再配向する。この変化に関連する
散乱光の強度の小さいピークが検出された。
後に生起する、Siウエハのアモルファス表面の再配向。
スパッタリングに約６kVのNe+ イオンが用いられた場
合、表面は約 620℃で再配向する。この変化に関連する
散乱光の強度の小さいピークが検出された。
【００６８】３． 例えばGa原子、Sb原子といったＭＢ
ＥドーパントのビームがSi表面に衝突する際に、散乱光
の強度の増大が観察された。上記原子はSi表面上に集積
する傾向にある。副次的な単分子層による被覆は、散乱
光の強度に多大の変化を生じる。
ＥドーパントのビームがSi表面に衝突する際に、散乱光
の強度の増大が観察された。上記原子はSi表面上に集積
する傾向にある。副次的な単分子層による被覆は、散乱
光の強度に多大の変化を生じる。
【００６９】４． Siの固相エピタキシーにおける結晶
化フロントの出現。Siは、洗浄済みのウエハ上に例えば
300℃未満の低い温度でデポジットされる場合アモルフ
ァス層を構成する。温度を例えば 600℃より高くする
と、アモルファス層は元の界面から結晶化しだす。再結
晶化フロントが層表面に到達すれば、散乱に多大の変化
が生じる。
化フロントの出現。Siは、洗浄済みのウエハ上に例えば
300℃未満の低い温度でデポジットされる場合アモルフ
ァス層を構成する。温度を例えば 600℃より高くする
と、アモルファス層は元の界面から結晶化しだす。再結
晶化フロントが層表面に到達すれば、散乱に多大の変化
が生じる。
【００７０】５． 微粒子の表面上への集積。この現象
は散乱光の強度を急激に高める傾向にあり、層の品質に
とって非常に有害である。
は散乱光の強度を急激に高める傾向にあり、層の品質に
とって非常に有害である。
【００７１】６． 核形成の開始後、例えば10秒毎とい
った周期的な散乱光の強度のレベル変化が観察される。
このようなレベル変化は成長速度に関連し、厚みの監視
に用いることができる。例えば、所定数の周期を計数し
て、成長を停止させ、あるいは異なる材料に変更するこ
とが可能である。
った周期的な散乱光の強度のレベル変化が観察される。
このようなレベル変化は成長速度に関連し、厚みの監視
に用いることができる。例えば、所定数の周期を計数し
て、成長を停止させ、あるいは異なる材料に変更するこ
とが可能である。
【００７２】通常、散乱光強度計測技術は、表面上の散
乱生起体が波長に匹敵するような寸法を有する場合に最
も高感度である。ウエハに垂直な方向での粗さがナノメ
ートル規模もしくは原子規模である上述例では、可視光
を用いる場合、著しい散乱を生起させるためには表面の
粗さの横方向寸法が、例えば 0.1〜１μmといったはる
かに大きい値でなければならない。成長層が光透過性で
ある場合、基板−層界面から情報を得ることが可能であ
る。
乱生起体が波長に匹敵するような寸法を有する場合に最
も高感度である。ウエハに垂直な方向での粗さがナノメ
ートル規模もしくは原子規模である上述例では、可視光
を用いる場合、著しい散乱を生起させるためには表面の
粗さの横方向寸法が、例えば 0.1〜１μmといったはる
かに大きい値でなければならない。成長層が光透過性で
ある場合、基板−層界面から情報を得ることが可能であ
る。
【００７３】図３〜図８に示した散乱光の強度の変化を
用いて、制御ユニット30は、弁あるいはKnudson 炉等の
設定あるいは操作を変更して洗浄及び多層成長を自動的
に実現するべくプログラムされ得る。このことは、異な
る材料から成る多数の非常に薄い層を有する超格子構造
体を成長させる場合に特に有用である。また、多数の非
常に薄い層が必要とされるＶＬＳＩデバイスにとっても
有用である。
用いて、制御ユニット30は、弁あるいはKnudson 炉等の
設定あるいは操作を変更して洗浄及び多層成長を自動的
に実現するべくプログラムされ得る。このことは、異な
る材料から成る多数の非常に薄い層を有する超格子構造
体を成長させる場合に特に有用である。また、多数の非
常に薄い層が必要とされるＶＬＳＩデバイスにとっても
有用である。
【００７４】
【発明の効果】本発明の基板の表面の処理方法によれ
ば、基板上に成長させる層の状態の変化を、光ビームを
当てた小区域の特性をサブミクロンオーダーで示す散乱
された光の強度の変化を高い感度で検出することが可能
となり、これにより、該光の強度の変化に応じて温度、
圧力、及び材料の流量の処理パラメータの少なくとも一
つを変更して、少なくとも一つの材料層を必要とされる
結晶構造で効果的にデポジットし得る。
ば、基板上に成長させる層の状態の変化を、光ビームを
当てた小区域の特性をサブミクロンオーダーで示す散乱
された光の強度の変化を高い感度で検出することが可能
となり、これにより、該光の強度の変化に応じて温度、
圧力、及び材料の流量の処理パラメータの少なくとも一
つを変更して、少なくとも一つの材料層を必要とされる
結晶構造で効果的にデポジットし得る。
【００７５】本発明の基板の表面の処理装置によれば、
基板上に成長させる層の状態の変化を、光ビームを当て
た小区域の特性をサブミクロンオーダーで示す散乱され
た光の強度の変化を高い感度で検出することが可能とな
り、これにより、該光の強度の変化に応じて温度、圧
力、及び材料の流量の処理パラメータの少なくとも一つ
を変更して、少なくとも一つの材料層を必要とされる結
晶構造で効果的にデポジットし得る。
基板上に成長させる層の状態の変化を、光ビームを当て
た小区域の特性をサブミクロンオーダーで示す散乱され
た光の強度の変化を高い感度で検出することが可能とな
り、これにより、該光の強度の変化に応じて温度、圧
力、及び材料の流量の処理パラメータの少なくとも一つ
を変更して、少なくとも一つの材料層を必要とされる結
晶構造で効果的にデポジットし得る。
【図１】本発明の方法を実施する装置のチャンバに関す
る構成を示す概略図である。
る構成を示す概略図である。
【図２】本発明の方法を実施する装置の全体の構成を示
す概略図である。
す概略図である。
【図３】シリコン基板から酸化物を洗浄によって除去す
る際の散乱光の強度変化を示すグラフである。
る際の散乱光の強度変化を示すグラフである。
【図４ａ】シリコン層が成長する際に第１の方向から測
定した散乱光の強度変化を示すグラフである。
定した散乱光の強度変化を示すグラフである。
【図４ｂ】シリコン層が成長する際に第２の方向から測
定した散乱光の強度変化を示すグラフである。
定した散乱光の強度変化を示すグラフである。
【図５ａ】欠陥が少ないシリコン層が成長する際の散乱
光の強度変化を示すグラフである。
光の強度変化を示すグラフである。
【図５ｂ】欠陥が多いシリコン層が成長する際の散乱光
の強度変化を示すグラフである。
の強度変化を示すグラフである。
【図５ｃ】温度と成長速度をパラメータとした良質及び
低質の結晶材料の近似境界を示すグラフである。
低質の結晶材料の近似境界を示すグラフである。
【図６】ＭＢＥ技術による、シリコン層が成長する際の
散乱光の強度変化の第１の例を示すグラフである。
散乱光の強度変化の第１の例を示すグラフである。
【図７】ＭＢＥ技術による、シリコン層が成長する際の
散乱光の強度変化の第２の例を示すグラフである。
散乱光の強度変化の第２の例を示すグラフである。
【図８】ＭＢＥ技術による、シリコン層が成長する際の
散乱光の強度変化の第３の例を示すグラフである。
散乱光の強度変化の第３の例を示すグラフである。
１、２ チャンバ ５ 基板 ８、９ ポンプ ２０ レーザ ２１ レーザ光 ２４ 小区域 ２５ 検出器 ２６ 散乱光 ２２、２８ 走査光学系
【手続補正書】
【提出日】平成８年１２月２０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６５】本発明の別の例は、Ｓｉウエハ表面上にお
けるＳｉ結晶の成長である。酸化物マスク層を基板上に
成長させ、Ｓｉ表面を露出させるべく該マスク層に開口
が設けられる。該露出されたＳｉ表面上でＳｉ結晶が成
長する。Ｓｉ多結晶の成長をチェックすべく、レーザー
ビームを酸化物マスク上の小区域に焦点合わせする。成
長条件が正しければ、Ｓｉ単結晶がＳｉ基板上に成長す
るが、酸化物上にＳｉ多結晶は成長しない。成長条件が
正しくなければ、不要なＳｉ多結晶がマスク上に成長す
る。従って、制御ユニット３０からのフィードバックに
より、レーザ散乱光の情報が、Ｓｉ多結晶の酸化物マス
ク上の成長なしにＳｉ結晶が基板上に成長するように、
温度、圧力、ガス流量の成長パラメータを制御するため
に使用される。更に、上述のような散乱光測定部を具備
した装置を用いて、次のような他の現象も検出できる。
けるＳｉ結晶の成長である。酸化物マスク層を基板上に
成長させ、Ｓｉ表面を露出させるべく該マスク層に開口
が設けられる。該露出されたＳｉ表面上でＳｉ結晶が成
長する。Ｓｉ多結晶の成長をチェックすべく、レーザー
ビームを酸化物マスク上の小区域に焦点合わせする。成
長条件が正しければ、Ｓｉ単結晶がＳｉ基板上に成長す
るが、酸化物上にＳｉ多結晶は成長しない。成長条件が
正しくなければ、不要なＳｉ多結晶がマスク上に成長す
る。従って、制御ユニット３０からのフィードバックに
より、レーザ散乱光の情報が、Ｓｉ多結晶の酸化物マス
ク上の成長なしにＳｉ結晶が基板上に成長するように、
温度、圧力、ガス流量の成長パラメータを制御するため
に使用される。更に、上述のような散乱光測定部を具備
した装置を用いて、次のような他の現象も検出できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｂ 11/30 １０２ Ｇ０１Ｂ 11/30 １０２Ａ Ｇ０１Ｎ 21/47 Ｇ０１Ｎ 21/47 Ｚ Ｇ０２Ｂ 1/10 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/203 21/205 21/205 21/66 Ｌ 21/3065 Ｇ０２Ｂ 1/10 Ｚ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｅ
Claims (12)
- 【請求項１】 必要とされる結晶構造で基板上に少なく
とも一つの材料層をデポジットする基板の表面の処理方
法であって、 基板を閉鎖容器内に設置する段階と、 基板の温度を制御する段階と、 容器内の圧力を制御する段階と、 一つ又は複数の層を形成するために必要な、容器内にお
ける一つ又は複数の材料の流れを制御する段階と、 監視中の表面の少なくとも１個の小区域に光ビームを当
てる段階と、 前記小区域から散乱した光の強度を正反射方向と異なる
少なくとも１つの方向から検出する段階と、 前記小区域の表面のサブミクロン特性の詳細を得るべ
く、前記小区域に当たる光ビームの角度、前記正反射方
向と異なる方向の角度、及び光ビームの波長を決める段
階と、 層が成長するときに、前記小区域内のサブミクロン特性
により散乱された光の強度の変化を検出する段階と、 前記必要とされる結晶特性を有する一つ又は複数の層を
成長させるべく、温度、圧力、及び材料の流量の処理パ
ラメータの少なくとも一つを、前記基板の小区域内の成
長を表す、正反射方向と異なる方向の散乱光の強度の変
化に応じて変更する段階とを含む方法。 - 【請求項２】 検出光が成長層の核形成の開始を検出
し、これにより層の厚さが制御され得る請求項１に記載
の方法。 - 【請求項３】 検出光が第１の成長層の核形成の開始
と、それに続く前記層が必要な値に成長するときに散乱
の低下とを検出し、その後に前記容器内に流す一つ又は
複数の材料を変更して前記第１の層と異なる少なくとも
一つの材料の第２の層を成長させる請求項１に記載の方
法。 - 【請求項４】 検出光が成長層の表面欠陥の量を検出
し、これにより欠陥を減少するべく処理パラメータが調
整される請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 検出光が基板上のアモルファス材料の成
長及び結晶質の材料の成長を検出する請求項１に記載の
方法。 - 【請求項６】 成長層の厚さを制御すべく、検出光の周
期的変化がカウントされる請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 検出光が成長中の層のドーパントの成長
を検出する請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 層が成長するときに、基板がビーム光に
関して回転される請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 必要とされる結晶構造で基板上に少なく
とも一つの材料層をデポジットする基板の表面の処理装
置であって、 処理すべき基板を保持し得る閉鎖容器と、 基板を加熱する手段を含み、基板の温度を制御する手段
と、 減圧手段を含み、容器内の圧力を制御する手段と、 容器内に材料を導入する手段を含み、容器内における一
つ又は複数の材料の流れを制御する手段と、 監視中の表面の少なくとも１個の小区域に光ビームを当
てる手段と、 前記小区域から散乱した光の強度を正反射方向と異なる
少なくとも１つの方向から検出する手段と、 前記小区域の表面のサブミクロン特性の詳細を得るべ
く、前記小区域に当たる光ビームの角度、前記正反射方
向と異なる方向の角度、及び光ビームの波長を調整する
手段と、 前記必要とされる結晶特性を有する一つ又は複数の層を
成長させるべく、温度、圧力、及び材料の流量の処理パ
ラメータの少なくとも一つを、前記基板の小区域内の成
長を表す、正反射方向と異なる方向の散乱光の強度の変
化に応じて変更する手段とを含む装置。 - 【請求項１０】 容器内に導入する材料を変更する手段
を含む請求項９に記載の装置。 - 【請求項１１】 検出光の周期的変化をカウントする手
段を含む請求項９に記載の装置。 - 【請求項１２】 基板をビーム光に関して回転させる手
段を含む請求項９に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB868606748A GB8606748D0 (en) | 1986-03-19 | 1986-03-19 | Monitoring surface layer growth |
| GB8606748 | 1986-03-19 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62501893A Division JP2621036B2 (ja) | 1986-03-19 | 1987-03-17 | 基板の表面の処理方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1081585A true JPH1081585A (ja) | 1998-03-31 |
| JP3014977B2 JP3014977B2 (ja) | 2000-02-28 |
Family
ID=10594859
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62501893A Expired - Fee Related JP2621036B2 (ja) | 1986-03-19 | 1987-03-17 | 基板の表面の処理方法及び装置 |
| JP8310912A Expired - Fee Related JP3014977B2 (ja) | 1986-03-19 | 1996-11-21 | 基板の表面の処理方法及び装置 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62501893A Expired - Fee Related JP2621036B2 (ja) | 1986-03-19 | 1987-03-17 | 基板の表面の処理方法及び装置 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP0298080B1 (ja) |
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| GB (2) | GB8606748D0 (ja) |
| WO (1) | WO1987005700A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015204325A (ja) * | 2014-04-11 | 2015-11-16 | 信越半導体株式会社 | エピタキシャルウェーハの製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0751478B2 (ja) * | 1989-11-24 | 1995-06-05 | 新技術事業団 | 化合物結晶のエピタキシャル成長方法 |
| DE9012816U1 (de) * | 1990-09-07 | 1990-11-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eV, 8000 München | Halbleiterfertigungs-Steuer- und/oder Meßvorrichtung |
| JPH05889A (ja) * | 1990-11-05 | 1993-01-08 | Ulvac Japan Ltd | 気相合成方法およびそれを実施するための装置 |
| US5276503A (en) * | 1990-11-05 | 1994-01-04 | Ninon Shinku Gijutsu Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for gas phase synthesis |
| DE4138679C2 (de) * | 1991-11-25 | 1998-07-23 | Helmut Dipl Ing Reiser | Gerät zur Bestimmung visueller Oberflächeneigenschaften |
| JP2987379B2 (ja) * | 1991-11-30 | 1999-12-06 | 科学技術振興事業団 | 半導体結晶のエピタキシャル成長方法 |
| JP3274246B2 (ja) * | 1993-08-23 | 2002-04-15 | コマツ電子金属株式会社 | エピタキシャルウェーハの製造方法 |
| JP2648098B2 (ja) * | 1994-07-29 | 1997-08-27 | 日本電気株式会社 | 薄膜形成装置 |
| US5936716A (en) * | 1996-05-31 | 1999-08-10 | Pinsukanjana; Paul Ruengrit | Method of controlling multi-species epitaxial deposition |
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| JP4168543B2 (ja) * | 1998-10-08 | 2008-10-22 | 株式会社ニコン | 光学特性測定ユニット |
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