(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に形成された窒素原子を含む第１の膜の膜質を評価する方法であって、
該基体を加熱する加熱ステップと、該基体上に、第１のガスと、該第１のガスとの反応によりエネルギーを放出可能であり且つ酸素原子を含む第２のガスとを混合するように供給し、前記第１の膜の少なくとも一部を酸化して第２の膜を形成する酸化ステップと、を有する改質工程と、
前記改質工程を実施した後に、前記基体上の前記第１の膜と前記第２の膜とを弁別し、且つ、前記改質工程における該第１の膜の減膜速度又は該第２の膜の成膜速度を取得し、得られた該減膜速度又は該成膜速度に基づいて、該第１の膜の膜質を評価する膜質評価工程と、
を備える膜評価方法。
【請求項２】
前記改質工程は、前記基体の周囲を減圧する減圧ステップを更に有しており、該減圧ステップにおいては、前記基体が設置されて該基体を支持する支持部と、該基体に対向して配置され且つ該基体を加熱する加熱部とを有するチャンバ内に該基体を収容した状態で、該チャンバ内を減圧することにより該基体の周囲を減圧し、
前記加熱ステップにおいては、前記支持部に支持された前記基体を前記加熱部により加熱し、
前記酸化ステップにおいては、前記第１のガス及び前記第２のガスを混合するように、前記支持部に支持された前記基体と前記加熱部との間に供給する、
ことを特徴とする請求項１記載の膜評価方法。
【請求項３】
前記減圧ステップにおいては、前記基体の周囲の圧力を０．５〜２ｋＰａの範囲内の値に調整する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の膜評価方法。
【請求項４】
前記酸化ステップにおいては、前記第１のガスと前記第２のガスとの混合割合を変化させるように、該第１のガス及び該第２のガスのうち少なくともいずれか一方のガスの供給量を調整する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜評価方法。
【請求項５】
前記酸化ステップにおいては、前記第１のガスとして水素（Ｈ２）ガスを用い、前記第２のガスとして酸素（Ｏ２）ガスを用いる、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の膜評価方法。
【請求項６】
前記膜質評価工程においては、前記第１の膜及び前記第２の膜の屈折率の相違に基づいて両者を弁別し、該第１の膜の厚さ又は該第２の膜の厚さと前記酸化ステップにおける酸化時間とから該第１の膜の減膜速度又は該第２の膜の成膜速度を求める、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の膜評価方法。
【請求項７】
基体上に形成された窒素原子を含む第１の膜の膜質が評価される装置であって、
前記基体が設置されて該基体を支持する支持部と、該基体に対向して配置され該基体を加熱する加熱部と、該支持部に支持された該基体と該加熱部との間に、第１のガスと、該第１のガスとの反応によりエネルギーを放出可能であり且つ酸素原子を含む第２のガスとを混合するように供給する反応ガス供給部とを有しており、前記第１の膜の少なくとも一部が酸化されて第２の膜が形成される改質部と、
前記第２の膜が形成された前記基体上の前記第１の膜と前記第２の膜とが弁別され、且つ、前記改質部における該第１の膜の減膜速度又は該第２の膜の成膜速度が取得され、得られた該減膜速度又は該成膜速度に基づいて、該第１の膜の膜質が評価される膜質評価部と、
を備える膜評価装置。
【請求項８】
前記改質部は、前記チャンバ内の圧力が０．５〜２ｋＰａの範囲内の値となるように、該チャンバ内を減圧する減圧部を更に備えるものである、ことを特徴とする請求項７記載の膜評価装置。
【請求項９】
前記反応ガス供給部は、前記第１のガスの供給量を調整する第１の流量調整部と、前記第２のガスの供給量を調整する第２の流量調整部と、を有する、
ことを特徴とする請求項７又は８に記載に膜評価装置。
【請求項１０】
前記反応ガス供給部は、前記第１のガスとしての水素（Ｈ２）ガス供給源と、前記第２のガスとして酸素（Ｏ２）ガス供給源と、を有するものである、
ことを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の膜評価装置。
【請求項１１】
前記膜質評価部は、前記第１の膜及び前記第２の膜の屈折率、並びに、該第１の膜の厚さ又は該第２の膜の厚さを計測する膜計測部を有するものである、
ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の膜評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜評価方法及び装置に関し、詳しくは、基体上に形成された窒素原子を含む膜の膜質を評価するための膜評価方法、及び、そのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｓｉウェハ等の基体上に形成されるシリコン窒化膜等の窒素原子を含む膜は、半導体デバイスを構成する絶縁膜、誘電体膜、保護膜等として広く用いられており、近年のデバイスの微細化に伴って、良質な膜特性を維持しつつ更なる薄膜化又は薄層化が望まれている。それと共に、研究開発過程及び製品の実生産過程において、その膜特性を精度よく評価する手法の確立も切望されている。
【０００３】
従来、シリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙ膜）の膜質評価は、一般に、種々の方法で成膜及び後処理された状態の当該膜の屈折率を直接測定し、屈折率の実測値と、指標となる屈折率とを比較評価することにより行われていた。例えば、拡散炉（ｆｕｒｎａｃｅ）で形成されたＳｉｘＮｙ膜は、化学量論的な組成比に近い（ストイキオメトリが高いＳｉ３Ｎ４膜となる）傾向にあり、その屈折率は約２．０の値を示す。これに対し、例えばシラン系ガスとアンモニアガスとを原料ガスとして用いて熱ＣＶＤ法によってシリコン窒化膜を成膜した場合には、ガスの供給バランスによって、膜中のＳｉ原子又はＮ原子がリッチな組成となる。
【０００４】
具体的には、Ｓｉ原子リッチな膜は屈折率が２．０を超える一方で、Ｎ原子リッチな膜では、２．０を下回る。よって、シリコン窒化膜の屈折率を直接測定する従来の方法では、言わばＳｉ３Ｎ４膜に対する化学組成の‘ずれ’を指標としてシリコン窒化膜の膜質を評価又は把握することが試みられていた。また、他の方法として、成膜したＳｉｘＮｙ膜をウェットエッチし、そのエッチング速度から膜質を評価する方法も考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、膜質の評価として、拡散炉で形成され得るようなＳｉ３Ｎ４に近い組成を有する膜を基準とした相対的な膜質評価においては、評価対象のシリコン窒化膜が真に良好な膜質を有するか否かが必ずしも十分に判断できないおそれがある。また、不揮発性メモリ、より具体的には、フラッシュメモリ等のＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）に適用されるような窒化膜は厚さが極めて薄く、例えば５ｎｍ程度のものがある。一般に、薄膜の屈折率測定には分光エリプソメーターが広く用いられているが、分光精度やアライメント精度等を高めて測定条件等を最適化した場合でも、約１０ｎｍ（１００Å）以下の薄膜の屈折率を正確に測定することは困難な傾向にある。
【０００６】
さらに、このような極薄膜に対して先述したようなウェットエッチを行っても、膜質の良否に応じたエッチング速度の有意な差異が殆ど生じないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、基体上に形成されたシリコン窒化膜等の窒素原子を含む膜の膜質を評価する際に、その膜厚に依存せず、特に、極めて薄い膜であっても正確且つ絶対的な膜質評価が可能な膜評価方法、及び、そのための装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、以下に示す知見を得た。一般に、基体上に形成された膜を酸化する方法としては、ウェット酸化、ドライ酸化、ラジカル酸化等が用いられているが、基体の直上方で複数のガスを反応させて酸化因子を生起させる方法は、通常のウェット酸化やドライ酸化に比して、極めて高い酸化力を発現することが本出願人により確認されている。
【０００９】
例えば、基体上に水素（Ｈ２）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとを供給して基体を加熱するいわゆるＩＳＳＧ（Ｉｎ−ｓｉｔｕ  Ｓｔｅａｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）法は、‘Ｓｔｅａｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ’とは言うものの、現象的には、ラジカル酸化によるラジカル酸素のような高い反応性を有する活性種の存在により、酸化反応の活性化エネルギーをみかけ上格段に低減することにより、酸化が困難な窒化膜を十分に酸化できる手法であることが判明した。
【００１０】
また、有機シラン系ガスとアンモニアガスとを原料ガスとし、熱ＣＶＤ法によって種々の成膜及び後処理条件で形成したシリコン窒化膜を上記ＩＳＳＧ法で酸化したところ、シリコン窒化膜上に形成されるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）の成膜速度つまりシリコン窒化膜の酸化速度が有意に異なることが確認された。さらに、これらのシリコン窒化膜中の元素含有率等を調べたところ、Ｓｉ−Ｎ結合に比して結合力が弱いＳｉ−Ｈ結合部分（ウェークスポット）が多く含まれるほど酸化速度が大きいことが判明した。そして、本発明者は、かかる知見に基づいて更に研究を進め、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明による膜評価方法は、基体上に形成された窒素原子を含む第１の膜の膜質を評価する方法であって、（ａ）基体を加熱する加熱ステップと、基体上に、第１のガスと、この第１のガスとの反応によりエネルギーを放出可能であり且つ酸素原子を含む第２のガスとを混合するように供給し、第１の膜の少なくとも一部を酸化して第２の膜を形成する酸化ステップとを有する改質工程と、（ｂ）改質工程を実施した後に、基体上の第１の膜と第２の膜とを弁別し、且つ、改質工程における第１の膜の減膜速度又は第２の膜の成膜速度を取得し、得られたその減膜速度又はその成膜速度に基づいて、第１の膜の膜質を評価する膜質評価工程と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
このような構成を有する膜評価方法においては、改質工程で基体上に混合されるように供給された第１及び第２のガスが、基体の加熱により、その基体の近傍上方で反応し得る。これにより、種々の化学的に活性な活性種が基体の直上方で生成し、基体表面がこれらの活性種に曝される。これらの活性種は、基体界面（最表面）に到達し、それらのエネルギーが第１の膜の構成物質に付与され、その構成物質の分解、解離等の反応、更には活性種、特に酸素活性種との酸化反応が促進される。
【００１３】
酸化反応は、基体の界面つまり第１の膜の上面部から徐々に内部へ進行し、第１の膜上に基体の表面に反応生成物から成る所定の厚さを有する第２の膜（酸化膜）が形成される。第２の膜は、第１の膜の一部が酸化・改質されたものである。このとき、第１の膜中に比較的結合力の弱い上述したようなウィークスポットが存在すると、その部分の結合解離が優先的に生じ、その部位を起点として酸化反応が速やかに進行すると推定される。但し、作用はこれに限定されるものではない。
【００１４】
次いで、所定の時間、改質工程を実施した後、膜質評価工程を実行する。ここでは、基体上に形成された第２の膜とその基層である第１の膜とを所定の方法で弁別すると共に、第１の膜の減膜速度又は第２の膜の成膜速度を取得する。ここで、本発明における「減膜速度」とは、第１の膜の厚さの減少速度をいい、換言すれば、第１の膜が第２の膜へと改質される改質速度である。第２の膜は、第１の膜の一部が表面部から酸化されて生じるので、第１の膜の減膜速度と第２の膜の成膜速度とは一義的に対応する。そして、先に述べたように、第１の膜中のウィークスポットの存在率が高い程、上記減膜速度及び成膜速度が比較的大きくなる。ウィークスポットの存在率が高いということは、結合力の弱い部位が多く存在することを示すものである。よって、減膜速度及び成膜速度の大小により膜質の絶対的な評価が可能となる。
【００１５】
また、改質工程においては、基体の周囲を所定の減圧状態で実施することにより、第１の膜の酸化反応の反応性が高められる。具体的には、改質工程は、基体の周囲を減圧する減圧ステップを更に有しており、この減圧ステップにおいては、基体が設置されて基体を支持する支持部と、基体に対向して配置され且つ基体を加熱する加熱部とを有するチャンバ内に該基体を収容した状態で、そのチャンバ内を減圧することにより基体の周囲を減圧し、加熱ステップにおいては、支持部に支持された基体を加熱部により加熱し、酸化ステップにおいては、第１のガス及び第２のガスを混合するように、支持部に支持された基体と加熱部との間に供給すること好ましい。
【００１６】
より具体的には、減圧ステップにおいては、基体の周囲の圧力を０．５〜２ｋＰａ（約４〜１５Ｔｏｒｒ）の範囲内の値に調整すると好適である。こうすれば、第１の膜の酸化速度が十分に高められるので、第１の膜がウィークスポットの存在率が少ない膜質に優れた膜であっても、改質工程における酸化ステップのプロセス時間を短縮できると共に、第２の膜の膜厚の均一性及び再現性が向上される。
【００１７】
さらに、酸化ステップにおいては、第１のガスと第２のガスとの混合割合を変化させるように、第１のガス及び第２のガスのうち少なくともいずれか一方のガスの供給量を調整するとより好ましい。前者のステップを実行すれば、第１のガス及び第２のガスの反応により生成する活性種の濃度や成分比を任意に変化させることができる一方、後者のステップを実施すれば、両ガスの混合割合を一定にして圧力調整（濃度調整）を行うのに好適である。なお、後者のステップは、前者のステップを実質的に兼ねることもできる。
【００１８】
さらに具体的には、酸化ステップにおいては、第１のガスとして水素（Ｈ２）ガスを用い、前記第２のガスとして酸素（Ｏ２）ガスを用いると有用である。この場合、Ｈ２ガスとＯ２ガスとが、加熱された基体の直近（直上方）で燃焼（化合）することにより、高いエネルギーを有する活性種が生成する。これにより、従来の外部燃焼で生じた水分（スチーム）を基体上に導入する方法と異なり、種々の活性種が、基体の酸化反応及びそれに先立つ解離等の化学反応に寄与する割合が高められる。
【００１９】
またさらに、膜質評価工程においては、第１の膜及び第２の膜の屈折率の相違に基づいて両者を弁別し、第１の膜の厚さ又は第２の膜の厚さと酸化ステップにおける酸化時間とから第１の膜の減膜速度又は第２の膜の成膜速度を求めるとより好ましい。
【００２０】
第１の膜は窒素を含む膜であるのに対し、第２の膜は酸化膜であるため、両者の屈折率、殊に波長に依存した屈折率の差異で弁別することは簡易であり、且つ、弁別手法として非常に有効である。また、第１の膜の一部が酸化・改質されることにより、第１の膜の減膜と第２の膜の成膜が同時に行われる。よって、改質工程を実施した後の両膜の膜厚は、改質工程における減膜速度及び成膜速度を直接対比可能に反映するファクターである。したがって、例えば、膜厚を成膜時間で除するような簡易な演算処理によって算出された減膜速度及び成膜速度を用いいることにより、第１の膜の膜質を平易に評価できる。
【００２１】
また、本発明による膜評価装置は、本発明の膜評価方法を有効に実施するための装置であり、基体上に形成された窒素原子を含む第１の膜の膜質が評価されるものであって、（ａ）基体が設置されて基体を支持する支持部と、基体に対向して配置され基体を加熱する加熱部と、支持部に支持された基体と加熱部との間に、第１のガスと、この第１のガスとの反応によりエネルギーを放出可能であり且つ酸素原子を含む第２のガスとを混合するように供給する反応ガス供給部とを有しており、第１の膜の少なくとも一部が酸化されて第２の膜が形成される改質部と、（ｂ）第２の膜が形成された基体上の第１の膜と第２の膜とが弁別され、且つ、改質部における第１の膜の減膜速度又は第２の膜の成膜速度が取得され、得られた減膜速度又は成膜速度に基づいて、第１の膜の膜質が評価される膜質評価部と、を備えるものである。
【００２２】
具体的には、改質部は、チャンバ内の圧力が０．５〜２ｋＰａの範囲内の値となるように、チャンバ内を減圧する減圧部を更に備えるものである。さらに、反応ガス供給部は、第１のガスの供給量を調整する第１の流量調整部と、第２のガスの供給量を調整する第２の流量調整部とを有すると有用である。またさらに、反応ガス供給部が、第１のガスとしての水素（Ｈ２）ガス供給源と、第２のガスとして酸素（Ｏ２）ガス供給源とを有すると一層好ましい。さらにまた、膜質評価部は、第１の膜及び第２の膜の屈折率、並びに、第１の膜の厚さ又は第２の膜の厚さを計測する計測部を有するものであると更に好適である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係については、特に規定しない限り、図面の上下左右等の位置関係に基づくものとする。
【００２４】
図１は、本発明による膜評価装置の好適な一実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。膜評価装置１００は、ＳｉウェハＷ（基体）が収容される膜改質部１と、この膜改質部１で処理が施されたＳｉウェハＷが収容される膜計測部１０１とを備えるものである。膜改質部１は、例えば、有機シラン系ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとを原料として熱ＣＶＤ法によってＳｉウェハＷの基層上に成膜されたシリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙ膜；第１の膜）の一部がＩＳＳＧ法により酸化されてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜；第２の膜）が形成されるものである。
【００２５】
一方、膜計測部１０１は、ＳｉウェハＷ上に積層形成されたＳｉｘＮｙ膜及びＳｉＯ２膜の屈折率及び膜厚を計測するものであり、例えば、分光エリプソメータといった非接触式の光学装置が採用される。また、膜計測部１０１は、膜改質部１で処理が施されたＳｉウェハＷが流通する搬送部２００を介して膜改質部１に接続されており、これらの膜改質部１、膜計測部１０１、及び搬送部２００には、相互接続された制御装置３８，１３８，２０８がそれぞれ接続されている。
【００２６】
この制御装置３８は、後述するように、膜改質部１で用いる反応ガスの流量制御等を行う機能を有しており、また、制御装置１３８は、膜計測部１０１で計測されたＳｉｘＮｙ膜及びＳｉＯ２膜の屈折率及び膜厚に基づいて前者の減膜速度（改質速度）及び後者の成膜速度を演算し、かかる演算結果に基づいてＳｉウェハＷに成膜されたＳｉｘＮｙ膜の膜質の評価結果を出力するものである。このように、膜計測部１０１と制御装置１３８とから膜質評価部が構成されている。
【００２７】
図２は、図１に示す膜改質部１を示す斜視図（一部断面図）である。また、図３は、その膜改質部１の要部を示す部分拡大断面図である。膜改質部１は、ＳｉウェハＷを温度制御しながら熱処理を行う枚葉式急速加熱熱処理装置であり、ベース部２ａ、側壁部２ｂ及び蓋部２ｃで構成されたチャンバ２を備えたものである。
【００２８】
このチャンバ２内には、ＳｉウェハＷを支持するウェハ支持部材３（支持部）が設置されている。ウェハ支持部材３は、ベース部２ａにベアリング４を介して回転自在に取り付けられた円筒フレーム５と、この円筒フレーム５の上端に設けられたリングフレーム６とから成っている。また、リングフレーム６の内側縁部には、ＳｉウェハＷのエッジ部が支持される支持用段部６ａが形成されている。ここで、ＳｉウェハＷがウェハ支持部材３に支持された状態（図２参照）では、ＳｉウェハＷの裏面側に、ベース部２ａとウェハ支持部材３とＳｉウェハＷとで囲まれた空間Ｓａが形成される。
【００２９】
また、ベース部２ａの下部には、搬送ロボット（図示せず）によりチャンバ２内に搬送されたＳｉウェハＷをウェハ支持部材３に支持させるためのリフト機構７が設けられている。このリフト機構７は、ベース部２ａを貫通してＳｉウェハＷを持ち上げる複数本（例えば３本）の支持ピン８を有している。
【００３０】
さらに、チャンバ２の蓋部２ｃの上方には、ウェハ支持部材３に支持されたＳｉウェハＷを加熱する複数の加熱ランプ９（加熱部）からなるランプ群９Ｇ（加熱部）が配置されている。蓋部２ｃには円形のランプ用窓部Ｌｗが設けられており、加熱ランプ９の輻射熱はそのランプ用窓部Ｌｗを介してＳｉウェハＷに伝えられる。またさらに、ベース部２ａには、ＳｉウェハＷの温度を光学的に検出する放射温度計等の温度センサ１０が設けられている。この温度センサ１０は、ベース部２ａにおけるウェハ支持部材３に囲まれた円形プレート１１において、その中心と周縁の一部を含み且つ所定の角度（例えば９０度）をもった略扇形のセンサ設置領域内に複数組み込まれている。上述した空間Ｓａは光学的には完全な閉空間となっており、光学式の温度センサ１０による空間Ｓａを利用してのＳｉウェハＷの温度検出が支障なく行える。
【００３１】
また、チャンバ２の側壁部２ｂには、ガス供給口１２とガス排出口１３とが対向して設けられている。ガス供給口１２には、チャンバ２内におけるＳｉウェハＷ裏面側の空間Ｓａの外部であるＳｉウェハＷ表面側の空間ＳｂにＨ２ガスＧｈ（第１のガス）及びＯ２ガスＧｏ（第２のガス）を混合するように供給するための反応ガス供給系１４（後述する図４参照）が接続されている。一方、ガス排出口１３には、空間Ｓｂ内のガスをチャンバ２の外部に排出するための反応ガス排出系１５（後述する図４参照）を構成するポンプ５０が配管を介して接続されている。このポンプ５０はチャンバ２内の空間Ｓａ，Ｓｂを減圧するものであり、ガス排出口１３に接続された配管、すなわちガス排出経路には、チャンバ２内の圧力を検出する圧力センサ６０が取り付けられている。
【００３２】
さらに、ベース部２ａの円形プレート１１には、ガス供給口１６及びガス排出口１７が設けられている。ガス供給口１６には、空間Ｓａ内に、例えば、酸素ガスと窒素ガス（Ｎ２ガス）との混合ガスＧｋを供給するための混合ガス供給系１８が接続され、ガス排出口１７には、空間Ｓａ内のガスをチャンバ２の外部に排出するための混合ガス排出系１９が接続されている。
【００３３】
またさらに、円形プレート１１の周縁におけるセンサ設置領域を含む部位には、断面Ｌ字型の突起片２０が設けられ、この突起片２０の内側にガス供給口１６が形成されている。また、円形プレート１１においてその中心からガス供給口１６の反対側に僅かに離れた位置にガス排出口１７が形成され、ガス供給口１６とガス排出口１７との間にセンサ設置領域が設けられた構成となっている。これにより、ガス供給口１６から導入された混合ガスＧｋは、円形プレート１１におけるセンサ設置領域全範囲の上方を通ってガス排出口１７から排出される。
【００３４】
図４は、図２に示す膜改質部１におけるガス供給系等の構成を示すブロック図である。図４において、反応ガス供給系１４（反応ガス供給部）は、Ｈ２ガス供給部１４ａとＯ２ガス供給部１４ｂとを備えたものである。Ｈ２ガス供給部１４ａは、Ｈ２ガス供給源２１ａと、チャンバ２のガス供給口１２とＨ２ガス供給源２１ａとの間に設けられ且つＨ２ガス供給源２１ａから空間Ｓｂ内に供給されるＨ２ガスＧｈの流れをオン・オフするバルブ２２ａと、そのＨ２ガスＧｈの流量を調整するマスフローコントローラ（以下、「ＭＦＣ」という）２３ａ（第１の流量調整部）とを有している。
【００３５】
また、Ｏ２ガス供給部１４ｂは、Ｏ２ガス供給源２１ｂと、チャンバ２のガス供給口１２とＯ２ガス供給源２１ｂとの間に設けられ、Ｏ２ガス供給源２１ｂから空間Ｓｂ内に供給されるＯ２ガスＧｏの流れをオン・オフするバルブ２２ｂと、そのＯ２ガスＧｏの流量を調整するＭＦＣ２３ｂ（第２の流量調整部）とを有している。そして、Ｈ２ガス供給部１４ａとＯ２ガス供給部１４ｂとは、バルブ２２ａ，２２ｂとガス供給口１２との間で、例えば、Ｔ字管又はＴ字バルブ等により接合されており、ガス供給口１２直前のその接合部において、Ｈ２ガスＧｈ及びＯ２ガスＧｏが混合され、反応ガスＸが空間Ｓｂ内に供給されるようになっている。
【００３６】
一方、反応ガス排出系１５（減圧部）は、チャンバ２のガス排出口１３に接続されたプレッシャコントロールバルブ（以下、「ＰＣＶ」という）２４と、このＰＣＶ２４に接続されたポンプ５０とを有している。ポンプ５０は、スクラバＳｃに接続されており、空間Ｓｂ内から排出されたガスはスクラバＳｃへ送られる。
【００３７】
また、混合ガス供給系１８は、Ｏ２ガス供給源２５及びＮ２ガス供給源２６と、チャンバ２のガス供給口１６とこれらのガス供給源２５，２６との間に設けられ、これらのガス供給源２５，２６から空間Ｓａ内に供給される混合ガスＧｋの流れをオン・オフするバルブ２７と、空間Ｓａ内に供給されるＯ２ガス及びＮ２ガスの流量をそれぞれ制御するＭＦＣ２８，２９とを有している。
【００３８】
他方、混合ガス排出系１９は、チャンバ２のガス排出口１７に接続され、空間Ｓａ内からチャンバ２の外部に排出されるガスの流量を調整するニードルバルブ等のバルブ３０と、このバルブ３０の二次側に接続され、空間Ｓａ内から排出されるガスの流れをオン・オフする主バルブ３１と、この主バルブ３１の二次側に並列に接続された補助バルブ３２，３３と、補助バルブ３３の二次側に粒子捕集用のフィルタ３４を介して接続され、空間Ｓａ内から排出されるガスの流量を検出するマスフローメータ（以下、「ＭＦＭ」という）３５とを有している。補助バルブ３２の二次側及びＭＦＭ３５の下流側はスクラバＳｃとつながっており、空間Ｓａ内から排出されたガスはスクラバＳｃへ送られる。
【００３９】
補助バルブ３２及びＭＦＭ３５とスクラバＳｃとの間のガス排出経路には、空間Ｓａ内から排出されるガス中のＯ２ガス濃度を検出する濃度センサ３６が設けられている。また、チャンバ２のガス排出口１３とＰＣＶ２４との間のガス排出経路には、空間Ｓｂ内から排出されるガス中のＨ２ガス濃度及びＯ２ガス濃度を検出する濃度センサ３７が設けられている。
【００４０】
上記のＭＦＭ３５、濃度センサ３６，３７及び圧力センサ６０の検出値は、電気信号として制御装置３８へ送られる。この制御装置３８には、補助バルブ３２，３３の開閉を切り換えるためのオンオフの入力スイッチ３９と、現在のプロセス状況を画面表示する表示部４０とが接続されている。制御装置３８は、ＭＦＭ３５、濃度センサ３６，３７の各検出信号及び入力スイッチ３９の指示信号が入力され、これらの信号に基いて所定の処理を行い、その処理結果を電気信号としてＭＦＣ２３ａ，２３ｂ，２８，２９、補助バルブ３２，３３及び表示部４０に出力する。また、図示していないが、制御装置３８は、複数の温度センサ１０の温度検出値に基づいて複数の加熱ランプ９を制御し、ＳｉウェハＷの温度制御を行う機能をも有している。
【００４１】
次に、このような制御装置３８の処理機能の一例について説明する。制御装置３８は、反応ガス供給量設定部３８ａと、補助バルブ切換設定部３８ｂと、混合ガス供給量設定部３８ｃと、プロセス続行・中止判断部３８ｄとを有している。
【００４２】
まず、反応ガス供給量設定部３８ａは、濃度センサ３７及び／又は圧力センサ６０の検出値に基いて、ＭＦＣ２３ａ，２３ｂ及びポンプ５０を制御し、空間Ｓｂ内に供給されるＨ２ガスＧｈ及びＯ２ガスＧｏの流量を調整する。これにより、空間Ｓｂ内におけるＨ２ガスＧｈとＯ２ガスＧｏとの混合割合（両ガスのそれぞれの分圧）、及び、反応ガスＸの全圧が所定の値となるように調整される。なお、反応ガス供給量設定部３８ａの機能は、制御装置３８ではなく、ＭＦＭ２３ａ，２３ｂ及び／又はポンプ５０に設けてもよい。
【００４３】
また、補助バルブ切換設定部３８ｂは、入力スイッチ３９からの指示信号がオフのときには、補助バルブ３２を開状態、補助バルブ３３を閉状態にするような設定信号を補助バルブ３２，３３に出力し、指示信号がオンのときは、補助バルブ３２を閉状態、補助バルブ３３を開状態にするような設定信号を補助バルブ３２，３３に出力する。このように入力スイッチ３９をオン・オフにするだけで補助バルブ３２，３３の開閉が自動的に切り換えられる。
【００４４】
さらに、混合ガス供給量設定部３８ｃは、ＭＦＭ３５の検出値に基づいてＭＦＣ２８，２９を制御し、空間Ｓａ内に供給されるＯ２ガス及びＮ２ガスの流量を調整する。混合ガス供給量設定部３８ｃは、空間Ｓａ内に供給される混合ガスＧｋの流量と空間Ｓａ内から排出されるガスの流量との差分を所定値にするための設定信号を生成してＭＦＣ２８，２９に出力する。なお、混合ガス供給量設定部３８ｃの機能は、制御装置３８ではなく、ＭＦＭ３５又はＭＦＣ２８，２９に設けてもよい。
【００４５】
またさらに、プロセス続行・中止判断部３８ｄは、濃度センサ３６，３７及び圧力センサ６０の各検出値に基づき、空間Ｓａ内から排出されるガス中の酸素濃度、空間Ｓｂ内から排出されるガス中のＯ２ガス濃度及び／又はＨ２ガス濃度（両ガスの混合割合若しくは分圧）、並びに、反応ガス全圧が、それぞれ予め決められた設定値の範囲内にあるか否かを判断する。そして、各量が設定値の範囲を外れた時点で、ＳｉウェハＷの加熱処理を中止すべく、プロセス中止信号をＭＦＣ２３ａ，２３ｂ，２８，２９に出力し、チャンバ２内にガスが供給されないようにする。
【００４６】
加えて、プロセス続行・中止判断部３８ｄは、プロセスが中止されると、プロセス中止信号を表示部４０にも出力し、プロセス中止情報を表示部４０に表示させ、場合によっては警報を発生させる。なお、上記のプロセス中止信号を各加熱ランプ９に送出し、全ての加熱ランプ９の出力をオフにしてもよい。
【００４７】
次に、以上のように構成された膜評価装置１００を用いた本発明の膜評価方法の一例について説明する。図５は、本発明による膜評価方法の一実施形態の手順を示すフロー図である。また、図６（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明による膜評価方法の一実施形態によりＳｉウェハＷに対して膜改質工程を実施している状態を模式的に示す工程図である。
【００４８】
まず、評価対象であるＳｉウェハＷの膜評価に先立って、当該ＳｉウェハＷを処理するのと同等の手順に沿って種々のプロセス条件を用いて、試験用ダミーウェハに対して膜改質処理を行なう（ステップＳ０：図５参照）。このステップＳ０は、評価対象のＳｉウェハＷと同じ方法及び条件で成膜されたＳｉｘＮｙ膜に対する膜改質（酸化・改質）条件の最適化を行うための工程である。このステップにおける具体的な処理操作は、以下に述べるステップＳ１〜Ｓ３におけるのと同様であり、重複説明を避けるためここでの説明は省略する。このステップＳ０を実施することにより、後述するステップＳ１におけるＨ２ガスＧｈ流量、Ｏ２ガスＧｏ流量、処理温度、処理圧力、プロセスタイム等の最適な条件出しを行うことができる。
【００４９】
その後、評価対象であるＳｉウェハＷの膜評価を開始する。まず、内部が不活性ガス等で必要に応じて置換されたチャンバ２内に、図示しない搬送ロボットを用いてＳｉウェハＷを搬送する。次に、チャンバ２を封止した状態、すなわち、バルブ２２ａ，２２ｂ，２７及び主バルブ３１を閉じた状態でポンプ５０を運転し、チャンバ２内を減圧する（減圧ステップ）。以降の処理においては、ポンプ５０を常時運転して減圧状態を維持する。次いで、チャンバ２内が所定圧力となった時点で、リフト機構７により３本の支持ピン８を上昇させてＳｉウェハＷを一旦持ち上げた後、支持ピン８を下降させてＳｉウェハＷをウェハ支持部材３のリングフレーム６上に載置する。
【００５０】
次いで、バルブ２２ａ，２２ｂを開き、制御装置３８からＭＦＣ２３ａ，２３ｂに所定の流量設定信号を送出してチャンバ２内の空間ＳｂにＨ２ガスＧｈ及びＯ２ガスＧｏを連続的に供給する。両ガスはチャンバ２のガス供給口１２の直前で混合され、反応ガスＸとして未反応の状態で空間Ｓｂ内のＳｉウェハ周辺を流通し、一部がガス排出口１３から排気される。
【００５１】
一方、バルブ２７，３０、主バルブ３１、及び、補助バルブ３３を開き、補助バルブ３２を閉じ、制御装置３８からＭＦＣ２８，２９に所定の流量設定信号を送出してチャンバ２内の空間Ｓａに混合ガスＧｋを連続的に供給する。混合ガスＧｋはガス供給口１６から空間Ｓａ内を流通し、一部がガス排出口１７から排出される。このとき、空間Ｓａ内は、ＳｉウェハＷの自重等により実質的に閉状態に維持されているため、空間Ｓａ内の混合ガスＧｋが空間Ｓｂに漏出するおそれは殆ど無い。
【００５２】
そして、ＭＦＭ３５の検出値を監視しながら、空間Ｓａ内に供給されるガスの流量が空間Ｓａから排出されるガスの流量よりも少なくなるように、バルブ３０により空間Ｓａからのガスの排出流量を調整し、いわゆるバイアスフローを形成させる。これにより、ウェハ支持部材３とＳｉウェハＷとの間に形成された僅かな間隙を通って、空間Ｓｂ内の反応ガスＸが空間Ｓａ内に流れ込み、強制的な流体の閉空間が作られる。
【００５３】
次いで、上述のＨ２ガスＧｈ、Ｏ２ガスＧｏ及び混合ガスＧｋの供給とほぼ同時に、図示しない駆動手段によりウェハ支持部材３を回転駆動させてＳｉウェハＷを回転させると共に、複数の加熱ランプ９を点灯させる。これにより、ＳｉウェハＷの温度を室温から徐々に且つ急速に上昇させる（加熱ステップ）。
【００５４】
ＳｉウェハＷの温度が所定温度に達すると、空間ＳｂにおけるＳｉウェハＷの上方で反応ガスＸが燃焼する。これにより、水、又は燃焼反応の素反応生成物としての種々の化学種の活性種が生成し、ＳｉウェハＷ表面全体がこれらの活性種に曝される。活性種は、燃焼反応によって生じた反応エネルギーを有しており、かかるエネルギーの一部が、ＳｉウェハＷ上の基層３００（図６（Ａ）参照）上に成膜されたＳｉｘＮｙ膜３０１に付与される。
【００５５】
これにより、ＳｉｘＮｙ膜３０１を構成するＳｉ−Ｎ結合等を解離し、Ｓｉ原子が酸化されてＳｉｘＮｙ膜３０１の上面部にＳｉＯ２が生じる。この酸化反応は、ＳｉｘＮｙ膜３０１の上面部から徐々に内部に進行し、ＳｉｘＮｙ膜３０１上にＳｉＯ２膜３０２が形成される（図６（Ｂ）参照；酸化ステップ）。このように、減圧ステップ、加熱ステップ及び酸化ステップから改質工程が構成される（ステップＳ１）。このとき、ＳｉＯ２膜３０２形成後のＳｉｘＮｙ膜３０１の膜厚ｄ１は、当初の膜厚ｄ０よりも薄くなる（減膜）。ちなみに、ＳｉｘＮｙ膜３０１の膜厚ｄ１とＳｉＯ２膜３０２の膜厚ｄ２との和は、当初のＳｉｘＮｙ膜３０１の膜厚ｄ０よりも厚くなる。
【００５６】
このように、活性種がＳｉｘＮｙ膜３０１の膜内を拡散してＳｉｘＮｙ膜３０１と基層３００との界面部の基層３００側が酸化されずに、ＳｉｘＮｙ膜３０１の上面部からその膜中のＳｉが酸化されてＳｉＯ２膜が生じるかかる現象は、拡散炉等を用いたドライ酸化では認められず、ＩＳＳＧ法に特有の現象である。これは、おそらく、活性種のエネルギーの一部が、上述したように反応対象の物質の解離や活性化に供されることにより、みかけ上の活性化エネルギーが低減されることが一要因と考えられる。ただし、作用はこれに限定されるものではない。
【００５７】
ここで、ＳｉｘＮｙ膜３０１内にＳｉ−Ｎ結合の他にＳｉ−Ｈ結合のようなウィークスポットが存在すると、反応場の熱力学的な状態にもよるが、活性種から同等のエネルギーが付与された場合には、結合力の弱いＳｉ−Ｈ結合の解離が優先的に、或いは、反応速度論的に高い反応定数をもって進行すると推定される。さらには、ウィークスポット部分を起点にしてＳｉｘＮｙ膜３０１全体の酸化が促進され、全体の酸化効率が高められ得る。よって、ＳｉｘＮｙ膜３０１におけるウィークスポットの存在割合が高いほど、ＳｉｘＮｙ膜３０１の酸化速度つまり減膜速度が増大し、ＳｉＯ２膜３０２の成長速度つまり成膜速度が増大する。
【００５８】
なお、空間ＳａにおけるＳｉウェハＷ表面にも、自然酸化膜であるシリコン亜酸化物（ＳｉＯ）の昇華を抑えるＳｉＯ２膜が形成される。このとき、定期的に入力スイッチ３９をオンにして、空間Ｓａ内から排出されたガスがＭＦＭ３５を通るようにする。これにより、バルブ３０にガス中の粒子等が付着及び堆積しても、空間Ｓａ内から排出されるガスの流量と空間Ｓａ内に供給される混合ガスＧｋの流量との差が所定値となるように混合ガスＧｋの供給流量が自動的に制御され、空間Ｓａ内のガスが空間Ｓｂへ流入することが十分に防止される。
【００５９】
その後、一定の時間が経過した時点で、ＳｉウェハＷの回転を停止させ、複数の加熱ランプ９の熱出力を所定のウェハ搬出温度となるように制御すると共に、制御装置３８からＭＦＣ２２ａ，２２ｂ，２８，２９に流量ゼロ信号が送出され、チャンバ２内へのＨ２ガスＧｈ，Ｏ２ガスＧｏ及び混合ガスＧｋの供給を停止する。ＳｉウェハＷの温度がウェハ搬出温度まで下降した後、図示しない搬送ロボットによりＳｉウェハＷをチャンバ２の外部に取り出す。
【００６０】
ここで、ステップＳ１におけるＨ２ガスＧｈとＯ２ガスＧｏとの混合割合は、特に限定されるものではないが、Ｈ２ガスＧｈが約３０ｖｏｌ％以上含まれるとＳｉＯ２膜３０２の成膜速度が十分に高められるので好ましい。ただし、極く薄い酸化膜を成膜する場合には、成膜速度が過度に増大して所望の膜厚を得難いおそれがあるので、あえて成膜速度を抑えるために、Ｈ２ガスＧｈの混合割合を好ましくは３０ｖｏｌ％未満、より好ましくは０．１〜２０ｖｏｌ％、特に好ましくは０．５〜５ｖｏｌ％とすると好適である。こうすれば、膜厚の均一性に優れた極薄のＳｉＯ２膜３０２を形成し易いので、後述する膜厚の計測が確実且つ簡便となる。
【００６１】
また、ＳｉウェハＷの加熱温度（ウェハ温度）としては、Ｈ２ガスＧｈとＯ２ガスＧｏとの混合割合にもよるが、好ましくは８００〜１１００℃、より好ましくは８５０〜１０５０℃であると好適である。この温度をこのような範囲内の値とすれば、ＳｉＯ２膜３０２の十分な成膜速度が得られる傾向にある。
【００６２】
さらに、反応ガスＸの全圧（空間Ｓｂ内のＨ２ガスＧｈ及びＯ２ガスＧｏの分圧の合計）としては、好ましくは０．５〜２ｋＰａ（約４〜１５Ｔｏｒｒ）、より好ましくは０．７〜１．７ｋＰａ（約５〜１３Ｔｏｒｒ）、特に好ましくは０．８〜１．５ｋＰａ（約６〜１１Ｔｏｒｒ）であると好適である。この圧力が０．５ｋＰａ未満であると、Ｈ２ガスＧｈ及びＯ２ガスＧｏの燃焼で生成する活性種の濃度を十分に高められない傾向にある。一方、上記圧力が２ｋＰａを超えてた場合には、ＳｉＯ２膜３０２の成膜速度の低下つまり反応効率の低下が顕著となる傾向にある。これは、活性種の相互作用による失活が要因の一つと推定される。
【００６３】
次いで、チャンバ２内から搬出したＳｉウェハＷを、搬送部２００を通して膜計測部１０１へ移送する（ステップＳ２）。このＳｉウェハＷを膜計測部１０１内の所定の膜計測位置に設置し、分光エリプソメーター等を使用して、ＳｉｘＮｙ膜３０１とＳｉＯ２膜３０２との二層膜の屈折率及び膜厚を、パラメータフィッティングによる多変量解析を併用した分光エリプソメトリーによって同時に計測する（ステップＳ３）。この際、いずれか一方の膜厚が極端に薄い場合、例えば、ｎｍオーダー未満の場合には反射率又は位相差のフィッティングが困難なことがある。この場合には、二層の全体膜厚と比較的膜厚が厚い方の膜厚とを計測してもよい。
【００６４】
それから、屈折率及びそれに対応する部位の膜厚値の計測信号を制御装置１３８に出力する。また、制御装置１３８には、制御装置３８から又は手動で、酸化ステップのプロセスタイム（酸化（改質）時間）を入力する。制御装置１３８に備わる図示しない演算部では、屈折率の情報からＳｉｘＮｙ膜３０１とＳｉＯ２膜３０２との弁別を行い、それらの膜厚ｄ１，ｄ２（図６（Ｂ）参照）を把握する。これらの膜厚と上記プロセスタイムとからＳｉｘＮｙ膜３０１の減膜速度とＳｉＯ２膜３０２膜の成膜速度を算出する（ステップＳ４）。なお、ＳｉｘＮｙ膜３０１とＳｉＯ２膜３０２膜との改質・形成に係るプロセスタイムは同じであるので、膜厚そのもののを減膜速度又は成膜速度の指標としてもよい。
【００６５】
次いで、得られたＳｉｘＮｙ膜３０１の減膜速度又はＳｉＯ２膜３０２膜の成膜速度から当初のＳｉｘＮｙ膜３０１の膜質の評価を行う。膜質の評価は、例えば、電気的特性等の計測により予め膜質の良否が判明しているＳｉｘＮｙ膜を基準とした膜質の評価指標（判断基準値）との対比で行うことが可能である。例えば、制御装置１３８に入力されたＳｉｘＮｙ膜３０１の減膜速度又はＳｉＯ２膜３０２膜の成膜速度をＳｉの酸化速度で規格し、この規格化した実測値を、同じＳｉの酸化速度で規格したときの膜質判断基準値と比較する。
【００６６】
前述したように、ウィークスポット部分の含有割合が高くて膜質が劣ると想定される膜ほど、その酸化によるＳｉＯ２膜３０２の成膜速度は大きくなる傾向にある。そこで、規格化した実測値が判断基準値を上回る場合には、膜質が十分ではなく、判断基準値以下であれば、所望の膜質を有するといった評価を平易に行うことができる（ステップＳ５）。このように、ステップＳ３〜Ｓ５から膜質評価工程が構成される。そして、必要に応じて膜計測部１０１での計測データ及び膜質の評価結果を制御装置２０８，３８を通して表示部４０へ表示した後、膜評価を終了する。
【００６７】
〈評価例〉
ここで、ＳｉウェハＷとして、基層３００として酸化膜が形成され、その上に熱ＣＶＤ法によってＳｉｘＮｙ膜３０１が成膜された有効面直径２００ｍｍのウェハに対し、図２に示す構成の膜改質部１のチャンバ２内で上述した改質工程を実施し、ＳｉｘＮｙ膜３０１上にＳｉＯ２膜３０２を形成せしめた。この際、別途詳細なデバイスの電気特性及び組成の評価から良質のＳｉｘＮｙ膜が形成されると判明している成膜条件（条件１）と、比較的電気的特性等に劣るＳｉｘＮｙ膜が形成されると判明している成膜条件（条件２）で成膜を行った。
【００６８】
これらのＳｉウェハＷを上述した分光エリプソメトリーに供し、ＳｉＯ２膜３０２の膜厚を計測して成膜速度を求め、上述したように、所定のＳｉ膜の酸化速度で規格したところ、条件１及び２によるＳｉｘＮｙ膜に対してそれぞれ０．６及び０．９という値となり、両者に有意な差異が生ずることが確認された。この場合、膜質良否の判断基準値を例えば０．７程度にすれば、両者の膜質の良否を簡便且つ確実に評価できることが判明した。
【００６９】
このように構成された膜評価装置１００及びこれを用いた膜評価方法によれば、Ｈ２ガスとＯ２ガスとを供給してＳｉウェハＷを加熱するＩＳＳＧ法により、ＳｉウェハＷ上のＳｉｘＮｙ膜３０１を酸化してＳｉＯ２膜３０２を形成せしめ、その後、これらの膜厚を計測してＳｉｘＮｙ膜３０１の減膜速度及びＳｉＯ２膜３０２の成膜速度を求める。
【００７０】
そして、ＳｉｘＮｙ膜の膜質が膜中のウィークスポットの存在に依存すると共に、ウィークスポット部分の割合が高いほど膜質が十分ではなく且つＳｉＯ２膜の成膜速度が大きい傾向にあることから、かかる成膜速度等に基づいて、当初のＳｉｘＮｙ膜３０１の膜質の良否を評価するので、ＳｉｘＮｙ膜３０１の絶対的な膜質の評価を極めて簡便且つ確実に実現できる。また、従前のようなＳｉｘＮｙ膜の屈折率の測定に基づく評価ではなく、膜厚から成膜速度等を算出し、これに基づいて膜質を評価するので、薄膜の膜質評価の精度を向上できる。
【００７１】
また、ＳｉｘＮｙ膜３０１の酸化・改質を行う際に、チャンバ２内の圧力の調整、並びに、Ｈ２ガス及びＯ２ガスの混合割合を調整するので、種々の条件で成膜されたＳｉｘＮｙ膜３０１の酸化処理を所望に実施でき、条件の最適化による処理効率の向上を図ることが可能となる。
【００７２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、空間Ｓｂに供給する第１のガスとしてメタンガス等の分子内に水素原子を含有する有機ガスを用いてもよく、第１のガスと第２のガスの反応によってエネルギーが発生するガスであれば、基体の種類や所望の薄膜の形成に適したガスを適宜選択可能である。また、Ｈ２ガスＧｈとＯ２ガスＧｏとをガス供給口１２の直前で混合せずに、両者のガスをガス供給口１２から独立にチャンバ２内へ導入してチャンバ２内で混合するようにしてもよい。
【００７３】
さらに、チャンバ２内に空間Ｓａを形成すること、及び／又は、混合ガスＧｋを空間Ｓａに供給して流通させることは必ずしも必要ない。この場合、ウェハ支持部材３の代りに通常のサセプタを用いてＳｉウェハＷを支持してもよく、加熱ランプ９の代りにこのサセプタにヒーター等の加熱源を設けて加熱部としてもよい。このようなサセプタは支持部と加熱部とを兼ねるものとなる。
【００７４】
またさらに、膜評価工程において、膜質の良否判断は、二値化判断に限定されず、膜質の良否の程度に応じた複数の判断基準値の幅を設定しておき、より詳細な膜質評価を行ってもよい。さらにまた、ＳｉｘＮｙ膜３０１の膜厚が比較的厚いときには、ＳｉＯ２膜３０２を形成した後に断面ＳＥＭ画像，断面ＴＥＭ画像等の断面画像を撮像し、得られた画像から膜厚を計測しても構わない。加えて、膜改質部１と膜計測部１０１とは搬送部２００を介して結合されていなくてもよい。この場合、搬送部２００はＳｉウェハＷを自動搬送するものでなくてもよく、ＳｉウェハＷを搬送できれば、適宜の治工具を用いて手動で行っても構わない。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の膜評価方法及び装置によれば、基体上に形成されたシリコン窒化膜等の窒素原子を含む第１の膜の膜質を評価する際に、その基体上に、Ｈ２ガス等の第１のガスとＯ２ガス等の第２のガスとを混合するように供給し、基体を加熱することにより、いわゆるＩＳＳＧ法による第１の膜の酸化・改質を行って第２の膜を形成した後、これらの第１の膜及び第２の膜とを弁別し且つ前者の減膜速度又は後者の成膜速度を取得し、それに基づいて第１の膜の膜質を評価するようにしたので、第１の膜厚に依存せず、特に、極めて薄い膜であっても正確且つ絶対的な膜質評価が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による膜評価装置の好適な一実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１に示す膜改質部を示す斜視図（一部断面図）である。
【図３】図１に示す膜改質部の要部を示す部分拡大断面図である。
【図４】図２に示す膜改質部におけるガス供給系等の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明による膜評価方法の一実施形態の手順を示すフロー図である。
【図６】図６（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明による膜評価方法の一実施形態によりＳｉウェハＷに対して膜改質工程を実施している状態を模式的に示す工程図である。
【符号の説明】
１…膜改質部、２…チャンバ、３…ウェハ支持部材（支持部）、９…加熱ランプ、９Ｇ…ランプ群（加熱部）、１４…反応ガス供給系（反応ガス供給部）、１５…反応ガス排出系（減圧部）、２１ａ…Ｈ２ガス供給源、２１ｂ…Ｏ２ガス供給源、２３ａ…ＭＦＣ（第１の流量調整部），２３ｂ…ＭＦＣ（第２の流量調整部）、３８…制御装置、１００…膜評価装置、１０１…膜計測部、１３８…制御装置、２００…搬送部、３０１…ＳｉｘＮｙ膜（第１の膜）、３０２…ＳｉＯ２膜（第２の膜）、Ｇｈ…Ｈ２ガス（第１のガス）、Ｇｏ…Ｏ２ガス（第２のガス）、Ｗ…Ｓｉウェハ（基体）、Ｘ…反応ガス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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