(57)【要約】【課題】薄膜形成や平坦化処理において薄膜の応力を制御できる薄膜形成方法を提供することを目的とする。【解決手段】処理中の基板の曲率半径を測定しながら薄膜形成や平坦化処理を実施して処理の終点を検出し、薄膜形成や平坦化処理を終了する。【選択図】図１
2008147413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜反応室のウエハステージに設置した基板に薄膜形成しながら前記基板の曲率半径を測定し、前記測定の結果に基づいて前記薄膜形成の工程の終点を決める
薄膜形成方法。
【請求項２】
成膜反応室のウエハステージに設置した基板に薄膜形成し、
その後に前記基板を加熱して前記薄膜を平坦化する平坦化工程を開始するとともに、平坦化しながら前記基板の曲率半径を測定し、前記測定の結果に基づいて前記平坦化工程の終点を決める
薄膜形成方法。
【請求項３】
成膜反応室のウエハステージに設置した基板に薄膜形成しながら前記基板の曲率半径を測定し、前記測定の結果に基づいて前記薄膜形成の工程の終点を決め、
その後に前記基板を加熱して前記薄膜を平坦化する平坦化工程を開始するとともに、平坦化しながら前記基板の曲率半径を測定し、前記測定の結果に基づいて前記平坦化工程の終点を決める
薄膜形成方法。
【請求項４】
前記基板の曲率の測定は、加工処理中の基板に向かってレーザ光線を出射し、その反射光を検出して行うことを特徴とする
請求項１〜請求項３の何れかに記載の薄膜形成方法。
【請求項５】
成膜反応室に設けられ基板を設置するウエハステージと、
前記基板を加熱する成膜温度加熱用ヒーターと、
前記基板に形成された薄膜を加熱するための薄膜平坦化処理用ヒーターと、
加工処理中の前記基板の曲率を測定するための測定装置と、
前記ウエハステージに設置した基板に薄膜形成するように成膜動作を制御しながら前記測定装置によって前記基板の曲率半径を測定し、前記測定の結果に基づいて前記薄膜形成の工程の終点を検出する
制御装置と
を備えた薄膜形成装置。
【請求項６】
成膜反応室に設けられ基板を設置するウエハステージと、
前記基板を加熱する成膜温度加熱用ヒーターと、
前記基板に形成された薄膜を加熱するための薄膜平坦化処理用ヒーターと、
加工処理中の前記基板の曲率を測定するための測定装置と、
前記ウエハステージに設置した基板に薄膜形成するように成膜動作を制御しながら前記測定装置によって前記半導体基板の曲率半径を測定し、前記測定の結果に基づいて前記薄膜形成の工程の終点を検出し、その後に前記薄膜を前記薄膜平坦化処理用ヒーターで加熱して前記薄膜を平坦化するとともに、平坦化しながら前記測定装置によって前記基板の曲率半径を測定し、前記測定の結果に基づいて前記平坦化工程の終点を検出する
制御装置と
を備えた薄膜形成装置。
【請求項７】
前記制御装置を、前記測定装置によって測定された結果に基づき前記成膜温度加熱用ヒーターによる加熱を停止させるよう構成した
請求項５または請求項６に記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記制御装置を、前記測定装置によって測定された結果に基づき前記薄膜平坦化処理用ヒーターによる加熱を停止させるよう構成した
請求項６または請求項７に記載の薄膜形成装置。
【請求項９】
前記測定装置は、前記基板に向けてレーザを出射するレーザ発信器と、前記半導体基板によって反射されたレーザを受信するレーザ受信器とからなることを特徴とする
請求項５〜請求項８のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置などの製造に使用される薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の薄膜形成方法は、半導体デバイスの製造において広く用いられており、半導体デバイスのキャパシタや多層配線の形成の際には、ＣＶＤ法により形成される薄膜が多用される。
【０００３】
従来、半導体ウェハ（以下、単にウェハという）上に薄膜を形成するには、先ず、化学気相成長装置によってウェハ上に反応生成膜を形成し、その後、拡散炉を用いて前記反応生成膜を平坦化処理することによって行われている。
【０００４】
しかしながら、化学気相成長装置から拡散炉へウェハを搬送するまでに時間がかかるため、その間にウェハが外気に晒され、空気中の水分が反応生成膜中に吸収され、吸湿による絶縁性の低下などによって膜質が低下するという問題がある。
【０００５】
特許文献１には、ウェハへの成膜と平坦化処理とを、ウェハを外気に晒すことなく連続して行なうことができると共に、薄い反応生成膜を複数重ねて薄膜を形成することができるプロセスが提案されている。
【０００６】
図３（ａ）（ｂ）は特許文献１の薄膜形勢装置を示す。
６は薄膜形成装置の本体としての成膜反応室、１は成膜反応室６のウェハステージ、２はこのウェハステージ１上に載置されたウェハ、３はウェハステージ１を成膜温度に加熱するためのヒーター、４はウェハ２に反応ガスＡを供給するためのガスヘッド、５は排気Ｂを排出するための排気口である。
【０００７】
ウェハ２に反応生成膜を形成するには、先ず、ウェハステージ１上のウェハ２は、ヒーター３によって成膜温度に加熱される。図３（ａ）のように下降したガスヘッド４からウェハ２に反応ガスＡが供給され、ウェハ２の主面上に反応生成膜Ｃが形成される。
【０００８】
成膜終了後、図３（ｂ）に示すように、ガスヘッド４を上昇させて、ガスヘッド４に代わってランプ９をウェハ２の上方へ移動させ、ランプ９を点灯させてウェハ２を所定温度に加熱して平坦化処理が行われる。
【０００９】
７は薄膜形成時に後述するランプ９を収納するためのランプ室、８は気密扉、１０はランプアームで、駆動装置（図示せず）に連結されてランプ９を成膜反応室６とランプ室７とを往復自在に駆動する。
【００１０】
この構成によると、成膜とリフローとを成膜反応室６内で行うことができるため、ウェハ２に薄膜を形成するにあたって外気に晒すことなく連続して行うことができる。また、成膜とリフローとを繰り返して行うことによって、薄い反応生成膜Ｃを複数重ねて薄膜を形成することができ、反応生成膜中に隙間が形成されるのを防ぐことができる。
【特許文献１】特開平３−１５７９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、この従来の薄膜形成装置では、薄膜形成や平坦化処理は、時間により制御されている。そのため、薄膜形成や平坦化処理において、薄膜の応力が大きくなり、ウェハが反るという問題が発生する。
【００１２】
ウェハの反りにより、ウェハ面内温度の均一性が悪化すると、形成される薄膜の均一性が悪化したり、製造される半導体装置のストレスマイグレーション・エレクトロマイグレーション耐性が低下する懸念がある。
【００１３】
また、薄膜形成や平坦化処理を時間により制御することにより、ウェハにより薄膜の応力にばらつきが生じ、製造される半導体装置の特性ごとにばらつきが生じる可能性がある。
【００１４】
さらに、薄膜形成や平坦化処理後、応力測定器を用いてウェハの応力を測定し、所望の応力となるよう薄膜形成や平坦化処理を再度行うと、ウェハが外気にさらされることにより薄膜の膜質が低下するうえ、処理の長時間化が問題となる。
【００１５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、薄膜形成や平坦化処理において、処理を長時間化させずに薄膜の応力を制御する薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の薄膜形成方法は、成膜反応室のウエハステージに設置した基板に薄膜形成しながら前記基板の曲率半径を測定し、前記測定の結果に基づいて前記薄膜形成の工程の終点を決めることを特徴とする。
【００１７】
本発明の薄膜形成方法は、成膜反応室のウエハステージに設置した基板に薄膜形成し、その後に前記基板を加熱して前記薄膜を平坦化する平坦化工程を開始するとともに、平坦化しながら前記基板の曲率半径を測定し、前記測定の結果に基づいて前記平坦化工程の終点を決めることを特徴とする。
【００１８】
本発明の薄膜形成方法は、成膜反応室のウエハステージに設置した基板に薄膜形成しながら前記基板の曲率半径を測定し、前記測定の結果に基づいて前記薄膜形成の工程の終点を決め、その後に前記基板を加熱して前記薄膜を平坦化する平坦化工程を開始するとともに、平坦化しながら前記基板の曲率半径を測定し、前記測定の結果に基づいて前記平坦化工程の終点を決めることを特徴とする。
【００１９】
本発明の薄膜形成方法は、前記基板の曲率の測定は、加工処理中の基板に向かってレーザ光線を出射し、その反射光を検出して行うことを特徴とする。
本発明の薄膜形成装置は、成膜反応室に設けられ基板を設置するウエハステージと、前記基板を加熱するヒーターと、前記基板に形成された薄膜を加熱するための薄膜平坦化処理用ヒーターと、加工処理中の前記基板の曲率を測定するための測定装置と、前記ウエハステージに設置した基板に薄膜形成するように成膜動作を制御しながら前記測定装置によって前記基板の曲率半径を測定し、前記測定の結果に基づいて前記薄膜形成の工程の終点を検出する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の薄膜形成装置は、成膜反応室に設けられ基板を設置するウエハステージと、前記基板を加熱するヒーターと、前記基板に形成された薄膜を加熱するための薄膜平坦化処理用ヒーターと、加工処理中の前記基板の曲率を測定するための測定装置と、前記ウエハステージに設置した基板に薄膜形成するように成膜動作を制御しながら前記測定装置によって前記半導体基板の曲率半径を測定し、前記測定の結果に基づいて前記薄膜形成の工程の終点を検出し、その後に前記薄膜を前記薄膜平坦化処理用ヒーターで加熱して前記薄膜を平坦化するとともに、平坦化しながら前記測定装置によって前記基板の曲率半径を測定し、前記測定の結果に基づいて前記平坦化工程の終点を検出する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
本発明の薄膜形成装置は、前記制御装置を、前記測定装置によって測定された結果に基づき前記成膜温度加熱用ヒーターによる加熱を停止させるよう構成したことを特徴とする。
【００２２】
本発明の薄膜形成装置は、前記制御装置を、前記測定装置によって測定された結果に基づき前記薄膜平坦化処理用ヒーターによる加熱を停止させるよう構成したことを特徴とする。
【００２３】
本発明の薄膜形成装置は、前記測定装置は、前記基板に向けてレーザを出射するレーザ発信器と、前記半導体基板によって反射されたレーザを受信するレーザ受信器とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
この構成によると、薄膜形成や平坦化処理において、薄膜の応力を制御でき、処理を長時間化させずに、均一性のよい薄膜の形成、ストレスマイグレーション・エレクトロマイグレーション耐性の強い半導体装置などの製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の薄膜形成方法を各実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の薄膜形成方法の実施に使用する薄膜形成装置を示す。
【００２６】
６はウェハステージ１が配置された成膜反応室で、この成膜反応室６の内部には、ウェハステージ１の上にセットされたウェハ２に反応ガスＡを供給するガスヘッド４と、ウェハ２にレーザ光を出射するレーザ発信器１１と、ウェハ２で反射したレーザ光を受光するレーザ受光器１２が設けられている。
【００２７】
ウェハステージ１は、図示しない搬送装置に連結されて横方向（図１の紙面と垂直な方向）に搬送できるように構成されている。ガスヘッド４の直下の位置に到着したウェハ２は成膜温度加熱用のヒーター３によって成膜温度に加熱するよう構成されている。５は排気口で、例えば、ガスヘッド４の直下の位置でから成膜反応室６の排気Ｂを排出している。１３は制御装置で、ガスヘッド４、成膜反応室６、レーザ発信器１１の動作が制御されている。
【００２８】
制御装置１３の構成を、薄膜形成工程に基づいて説明する。
先ず、制御装置１３にウェハ２の目標の曲率半径を入力し、また、連続して移動しているウェハステージ１上にウェハ２を載置する。そして、ウェハ２はウェハステージ１によってヒーター３の上側に搬送され、このヒーター３によって成膜温度３００℃〜３５０℃に加熱される。
【００２９】
このようにして加熱されたウェハ２がガスヘッド４の下方を通過すると、反応ガスＡがガスヘッド４から供給され、ウェハ２の主面上に反応生成膜Ｃが形成される。
この薄膜形成の際、レーザ発信器１１よりレーザ光を出射し、成膜中のウェハ２の表面で反射したレーザ光をレーザ受光器１２により検出することによりウェハ２の曲率半径が測定される。
【００３０】
レーザ受信器１２による曲率半径測定の結果は、制御装置１３によって、種々の演算処理を受ける。ウェハ２の曲率半径が、最初に入力した目標の曲率半径より小さくなったことを制御装置１３が検出した場合、ガスヘッド４や成膜反応室６に信号が送信され、薄膜形成を終了する。
【００３１】
このようにウェハ２の曲率半径の測定結果に基づいて薄膜形成を終了することができ、曲率半径の制御が可能となる。また、薄膜を形成しながら曲率半径を測定することにより、外気による膜質の劣化やそれにともなう曲率半径の変動がおこらず、薄膜の本来の曲率半径の測定を行うことができる。
【００３２】
薄膜の本来の曲率半径の測定により、確実な曲率半径の制御が可能となり、ウェハの反りの抑制と、それに伴う薄膜均一性の向上、製造される半導体装置のストレスマイグレーション・エレクトロマイグレーション耐性の向上、特性のばらつきの抑制が可能となる。
【００３３】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２の薄膜形成方法の実施に使用する薄膜形成装置を示す。
なお、図１と同様の作用を成すものには同一の符号を付けて説明する。
【００３４】
図２（ａ）は薄膜形成工程の薄膜形成装置、図２（ｂ）は薄膜形成工程に続いて実行される平坦化処理工程の薄膜形成装置の状態を示している。この実施の形態２では、実施の形態１の成膜反応室６に薄膜平坦化処理用ヒーターとしてのランプ９が設けられている。
【００３５】
更に詳しくは、成膜反応室６に気密扉８を介してランプ室７が連通して設けられている。ランプ室７には、前記ランプ９が収納されている。ランプ９は、成膜温度３００℃〜３５０℃より高い温度７００℃〜９００℃でウェハ２を加熱するランプ本体９ａと、照射口が下部に開口しかつランプ本体９ａを囲む構造のランプカバー９ｂとを備え、駆動装置（図示せず）にランプアーム１０を介して連結されて成膜反応室６とランプ室７とを往復自在に設けられている。
【００３６】
ガスヘッド４、成膜反応室６、ランプ室７、気密扉８、レーザ発信器１１の動作は、制御装置１３によって制御されている。
制御装置１３の構成を、薄膜形成工程に基づいて説明する。
【００３７】
先ず、制御装置１３にウェハ２の成膜終了時の目標の第１の曲率半径と、成膜後に実行される平坦化処理工程の目標の第２の曲率半径とを入力し、また、連続して移動しているウェハステージ１上にウェハ２を載置する。そして、ウェハ２はウェハステージ１によってヒーター３の上側に搬送され、このヒーター３によって成膜温度３００℃〜３５０℃に加熱される。
【００３８】
このようにして加熱されたウェハ２が、図２（ａ）に示すようにウェハステージ１に近づくように降下した状態のガスヘッド４の下方を通過すると、ウェハ２の主面上に反応ガスＡが効率よく供給され、ウェハ２の主面上に反応生成膜Ｃが形成される。
【００３９】
この薄膜形成中に制御装置１３は、レーザ発信器１１よりレーザ光を出射し、成膜中のウェハ２の表面で反射したレーザ光をレーザ受光器１２により検出することによりウェハ２の曲率半径が測定される。
【００４０】
レーザ受信器１２による曲率半径測定の結果は、制御装置１３によって、種々の演算処理を受ける。ウェハ２の曲率半径が、最初に入力した第１の曲率半径より小さくなったことを制御装置１３が検出した場合、ガスヘッド４や成膜反応室６に信号が送信され、ガスヘッド４を上昇させて薄膜形成を終了する。
【００４１】
薄膜形成の終了と判定した制御装置１３は、図２（ｂ）に示すように、ガスヘッド４を上昇させるとともに、気密扉８を開いて、ランプ室７に収納していたランプ９を、ウェハ２の上方へ移動させ、ガスヘッド４からの給気，排気口５よりの排気によって成膜反応室６内を一定雰囲気にする。この状態でランプ９を点灯させてウェハ２を所定温度７００℃〜９００℃に加熱して平坦化処理を行う。
【００４２】
さらに、この平坦化処理中に制御装置１３は、レーザ発信器１１よりレーザ光を出射し、成膜中のウェハ２の表面で反射したレーザ光をレーザ受光器１２により検出することによりウェハ２の曲率半径が測定される。
【００４３】
レーザ受信器１２による曲率半径測定結果は、制御装置１３によって、種々の演算処理を受ける。ウェハ２の曲率半径が、第２の曲率半径より大きくなった場合、ランプ室９に信号が送信され、平坦化処理を終了する。
【００４４】
このように、制御装置１３でウェハ２の曲率半径の測定を行うことにより、ウェハ２が所望の曲率半径になったときに薄膜形成や平坦化処理を終了することができ、曲率半径の制御が可能となる。また、薄膜形成や平坦化処理を行いながら曲率半径を測定することにより、外気による膜質の劣化やそれにともなう曲率半径の変動がおこらず、薄膜の本来の曲率半径の測定を行うことができるうえに、いったん薄膜形成装置からウェハ２を取り出す必要が無いため、処理時間の短縮が可能となる。
【００４５】
薄膜の本来の曲率半径の測定により、確実な曲率半径の制御が可能となり、ウェハの反りの抑制と、それに伴う薄膜均一性の向上、製造される半導体装置のストレスマイグレーション・エレクトロマイグレーション耐性の向上、特性のばらつきの抑制が可能となる。そのうえ、ウェハ処理と曲率半径測定の同時処理が可能となり、処理時間の短縮が可能となる。
【００４６】
なお、実施の形態２では制御装置１３でウェハ２の曲率半径の測定を行うことにより、ウェハ２が所望の曲率半径になったときに薄膜形成や平坦化処理を終了する用に構成したが、薄膜形成工程の終了判定を成膜温度、成膜時間、成膜時の基板電圧の変化などのパラメータに基づいて実行して、平坦化処理の終了判定だけを、レーザ発信器１１とレーザ受光器１２を使用して制御装置１３が実行するように構成しても、従来に比べて効果的である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、高信頼性の半導体装置などの製造の実現に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態１の薄膜形成方法の実施に使用する製造装置の断面図
【図２】本発明の実施の形態２の薄膜形成方法の実施に使用する製造装置の断面図
【図３】従来の薄膜形成装置の断面図
【符号の説明】
【００４９】
１    ウェハステージ
２    半導体ウェハ（基板）
３    ヒーター（成膜温度加熱用ヒーター）
４    ガスヘッド
５    排気口
６    成膜反応室
７    ランプ室
８    気密扉
９    ランプ（薄膜平坦化処理用ヒーター）
１０    ランプアーム
１１    レーザー発信器
１２    レーザー受信器
１３    制御装置
Ａ    反応ガス
Ｂ    排気
Ｃ    反応生成膜
【図１】
2008147413.tif 000003
【図２】
2008147413.tif 000004
【図３】
2008147413.tif 000005