(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の処理が施される被処理体が収容される処理室の内部に前記被処理体を配置し、
可変である所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部と、このモニタリング部に向けて前記所定波長を含む光を照射する光照射部、前記モニタリング部における前記照射光の反射光を受光する受光部、前記照射光、および前記反射光を、前記処理室内の雰囲気および前記処理室内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体と、を備えたモニタリング装置を、少なくとも前記モニタリング部の外側が前記処理室内に晒されるように配置し、
前記所定の処理を開始するとともに、前記反射光の特徴量の測定を開始し、
前記反射光の特徴量を測定することにより、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量を測定し、
この堆積物の堆積量に基づいて前記被処理体上に堆積する膜の厚さを求め、
前記被処理体上に堆積する前記膜の厚さに基づいて前記所定の処理を制御しつつ、前記所定の処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
所定の処理が施される被処理体が収容される処理室の内部に前記被処理体を配置し、
所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部と、このモニタリング部に向けて前記所定波長を含む光を照射する光照射部、前記モニタリング部における前記照射光の反射光を受光する受光部、前記照射光、および前記反射光を、前記処理室内の雰囲気および前記処理室内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体と、を備えたモニタリング装置を、少なくとも前記モニタリング部の外側が前記処理室内に晒されるように配置し、
前記所定の処理を開始するとともに、前記反射光の特徴量の測定を開始し、
前記反射光の特徴量を測定することにより、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量を測定し、
この堆積物の堆積量に基づいて前記被処理体上に堆積する膜の厚さを求め、
前記被処理体上に堆積する前記膜の厚さに基づいて前記所定の処理を制御しつつ、前記所定の処理を行うとともに、
前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量が、前記被処理体の異なる複数の部位の上に堆積する膜の厚さに対応するように、前記モニタリング装置を複数個設け、かつ、これら各モニタリング装置のモニタリング部に堆積する堆積物の堆積量に基づいて、前記被処理体上に堆積する膜の厚さが均一となるように、前記処理室内の雰囲気を調整しつつ前記処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
所定の処理が施される被処理体が収容される処理室の内部に前記被処理体を配置し、
所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部と、このモニタリング部に向けて前記所定波長を含む光を照射する光照射部、前記モニタリング部における前記照射光の反射光を受光する受光部、前記照射光、および前記反射光を、前記処理室内の雰囲気および前記処理室内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体と、を備えたモニタリング装置を、少なくとも前記モニタリング部の外側が前記処理室内に晒されるように配置し、
前記所定の処理を開始するとともに、前記反射光の特徴量の測定を開始し、
前記反射光の特徴量を測定することにより、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量を測定し、
この堆積物の堆積量に基づいて前記被処理体上に堆積する膜の厚さを求め、
前記被処理体上に堆積する前記膜の厚さに基づいて前記所定の処理を制御しつつ、前記所定の処理を行うとともに、
前記処理室の内部に前記被処理体を複数個収容し、かつ、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量が、前記各被処理体上に堆積するそれぞれの膜の厚さに対応するように、前記モニタリング装置を複数個設け、さらに、これら各モニタリング装置のモニタリング部に堆積する堆積物の堆積量に基づいて、前記各被処理体上に堆積するそれぞれの膜の厚さが均一となるように、前記処理室内の雰囲気を調整しつつ前記処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
所定の処理が施される被処理体が収容される処理室の内部に前記被処理体を配置し、
所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部と、このモニタリング部に向けて前記所定波長を含む光を照射する光照射部、前記モニタリング部における前記照射光の反射光を受光する受光部、前記照射光、および前記反射光を、前記処理室内の雰囲気および前記処理室内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体と、を備えたモニタリング装置を、少なくとも前記モニタリング部の外側が前記処理室内に晒されるように配置し、
前記所定の処理を開始するとともに、前記反射光の特徴量の測定を開始し、
前記反射光の特徴量を測定することにより、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量を測定し、
この堆積物の堆積量に基づいて前記被処理体上に堆積する膜の厚さを求め、
前記被処理体上に堆積する前記膜の厚さに基づいて前記所定の処理を制御しつつ、前記所定の処理を行うとともに、
前記処理室の内部に前記被処理体とともにモニタリング用の被処理体を収容し、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量が、前記モニタリング用被処理体の異なる複数の部位の上に堆積する膜の厚さに対応するように、前記モニタリング装置を複数個設け、かつ、これら各モニタリング装置のモニタリング部に堆積する堆積物の堆積量に基づいて、前記モニタリング用被処理体の上に堆積する膜の厚さが均一となるように前記処理室内の雰囲気を調整することにより、前記被処理体上に堆積する膜の厚さが均一となるように前記処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
所定の処理が施される被処理体が収容される処理室の内部に前記被処理体を配置し、
所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部と、このモニタリング部に向けて前記所定波長を含む光を照射する光照射部、前記モニタリング部における前記照射光の反射光を受光する受光部、前記照射光、および前記反射光を、前記処理室内の雰囲気および前記処理室内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体と、を備えたモニタリング装置を、少なくとも前記モニタリング部の外側が前記処理室内に晒されるように配置し、
前記所定の処理を開始するとともに、前記反射光の特徴量の測定を開始し、
前記反射光の特徴量を測定することにより、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量を測定し、
この堆積物の堆積量に基づいて前記被処理体上に堆積する膜の厚さを求め、
前記被処理体上に堆積する前記膜の厚さに基づいて前記所定の処理を制御しつつ、前記所定の処理を行うとともに、
前記処理室の内部に前記被処理体を複数個収容し、かつ、モニタリング用の被処理体を複数個収容し、さらに、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量が、前記各モニタリング用被処理体上に堆積するそれぞれの膜の厚さに対応するように、前記モニタリング装置を複数個設けるとともに、これら各モニタリング装置のモニタリング部に堆積する堆積物の堆積量に基づいて、前記各モニタリング用被処理体の上に堆積するそれぞれの膜の厚さが均一となるように前記処理室内の雰囲気を調整することにより、前記各被処理体上に堆積するそれぞれの膜の厚さが均一となるように前記処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記光の波長は、単一の大きさであることを特徴とする請求項２〜５のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記光の波長は、複数の異なる大きさであることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記所定波長は、可変であることを特徴とする請求項２〜５のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記反射光の特徴量は、前記照射光に対する前記反射光の反射率であることを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記反射光の特徴量は、前記照射光に対する前記反射光の偏光率であることを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記反射光の特徴量を測定する際に、前記モニタリング部の温度を所定の温度に調節することを特徴とする請求項１〜１０のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記反射光の特徴量を測定する際に、前記モニタリング部の位置を所定の位置に調節することを特徴とする請求項１〜１１のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記モニタリング部が備える光路保護体の内側に設けられたモニタリング部温度調節装置により、前記モニタリング部の温度を所定の温度に調節することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
所定の処理が施される被処理体が収容される処理室と、
可変である所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部、このモニタリング部に向けて前記所定波長を含む光を照射する光照射部、前記モニタリング部における前記照射光の反射光を受光する受光部、ならびに前記光照射部、前記照射光、前記反射光、および前記受光部を前記処理室内の雰囲気および前記処理室内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体を備え、少なくとも前記モニタリング部の外側が前記処理室内に晒されるように配置されるモニタリング装置と、
前記反射光の特徴量を測定することにより、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量を測定する堆積量測定装置と、
この堆積量測定装置が測定した前記堆積物の堆積量に基づいて前記被処理体上に堆積する膜の厚さを求める膜厚演算装置と、
この膜厚演算装置が求めた前記被処理体上に堆積する前記膜の厚さに基づいて前記所定の処理を制御する処理制御装置と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１５】
所定の処理が施される被処理体が収容される処理室と、
所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部、このモニタリング部に向けて前記所定波長を含む光を照射する光照射部、前記モニタリング部における前記照射光の反射光を受光する受光部、ならびに前記光照射部、前記照射光、前記反射光、および前記受光部を前記処理室内の雰囲気および前記処理室内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体を備え、少なくとも前記モニタリング部の外側が前記処理室内に晒されるように配置されるモニタリング装置と、
前記反射光の特徴量を測定することにより、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量を測定する堆積量測定装置と、
この堆積量測定装置が測定した前記堆積物の堆積量に基づいて前記被処理体上に堆積する膜の厚さを求める膜厚演算装置と、
この膜厚演算装置が求めた前記被処理体上に堆積する前記膜の厚さに基づいて前記所定の処理を制御する処理制御装置と、
を具備してなり、
前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量が、前記被処理体の異なる複数の部位の上に堆積する膜の厚さに対応するように、前記モニタリング装置が複数個設けられていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１６】
所定の処理が施される被処理体が収容される処理室と、
所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部、このモニタリング部に向けて前記所定波長を含む光を照射する光照射部、前記モニタリング部における前記照射光の反射光を受光する受光部、ならびに前記光照射部、前記照射光、前記反射光、および前記受光部を前記処理室内の雰囲気および前記処理室内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体を備え、少なくとも前記モニタリング部の外側が前記処理室内に晒されるように配置されるモニタリング装置と、
前記反射光の特徴量を測定することにより、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量を測定する堆積量測定装置と、
この堆積量測定装置が測定した前記堆積物の堆積量に基づいて前記被処理体上に堆積する膜の厚さを求める膜厚演算装置と、
この膜厚演算装置が求めた前記被処理体上に堆積する前記膜の厚さに基づいて前記所定の処理を制御する処理制御装置と、
を具備してなり、
前記処理室の内部に前記被処理体が複数個収容されるとともに、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量が、前記各被処理体上に堆積するそれぞれの膜の厚さに対応するように、前記モニタリング装置が複数個設けられていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１７】
所定の処理が施される被処理体が収容される処理室と、
所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部、このモニタリング部に向けて前記所定波長を含む光を照射する光照射部、前記モニタリング部における前記照射光の反射光を受光する受光部、ならびに前記光照射部、前記照射光、前記反射光、および前記受光部を前記処理室内の雰囲気および前記処理室内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体を備え、少なくとも前記モニタリング部の外側が前記処理室内に晒されるように配置されるモニタリング装置と、
前記反射光の特徴量を測定することにより、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量を測定する堆積量測定装置と、
この堆積量測定装置が測定した前記堆積物の堆積量に基づいて前記被処理体上に堆積する膜の厚さを求める膜厚演算装置と、
この膜厚演算装置が求めた前記被処理体上に堆積する前記膜の厚さに基づいて前記所定の処理を制御する処理制御装置と、
を具備してなり、
前記処理室の内部に前記被処理体およびモニタリング用の被処理体が収容されるとともに、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量が、前記モニタリング用被処理体の異なる複数の部位の上に堆積する膜の厚さに対応するように、前記モニタリング装置が複数個設けられていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１８】
所定の処理が施される被処理体が収容される処理室と、
所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部、このモニタリング部に向けて前記所定波長を含む光を照射する光照射部、前記モニタリング部における前記照射光の反射光を受光する受光部、ならびに前記光照射部、前記照射光、前記反射光、および前記受光部を前記処理室内の雰囲気および前記処理室内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体を備え、少なくとも前記モニタリング部の外側が前記処理室内に晒されるように配置されるモニタリング装置と、
前記反射光の特徴量を測定することにより、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量を測定する堆積量測定装置と、
この堆積量測定装置が測定した前記堆積物の堆積量に基づいて前記被処理体上に堆積する膜の厚さを求める膜厚演算装置と、
この膜厚演算装置が求めた前記被処理体上に堆積する前記膜の厚さに基づいて前記所定の処理を制御する処理制御装置と、
を具備してなり、
前記処理室の内部に複数個の前記被処理体および複数個のモニタリング用の被処理体が収容されるとともに、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量が、前記各モニタリング用被処理体上に堆積するそれぞれの膜の厚さに対応するように、前記モニタリング装置が複数個設けられていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１９】
前記光の波長は、単一の大きさであることを特徴とする請求項１５〜１８のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２０】
前記光の波長は、複数の異なる大きさであることを特徴とする請求項１４〜１８のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２１】
前記所定波長は、可変であることを特徴とする請求項１５〜１８のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２２】
前記堆積量測定装置は、前記照射光に対する前記反射光の反射率を前記反射光の特徴量として測定する反射率計であることを特徴とする請求項１４〜２１のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２３】
前記堆積量測定装置は、前記照射光に対する前記反射光の偏光率を前記反射光の特徴量として測定する偏光率計であることを特徴とする請求項１４〜２１のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２４】
前記モニタリング部の温度を所定の温度に調節可能なモニタリング部温度調節装置を有することを特徴とする請求項１４〜２３のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２５】
前記モニタリング部の位置を所定の位置に調節可能なモニタリング部位置調節装置を有することを特徴とする請求項１４〜２４のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２６】
請求項１４〜２５のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造装置と、
前記被処理体上に堆積する膜の厚さのデータが格納されている被処理体用データベース部と、
前記モニタリング装置が測定した前記モニタリング部に堆積する前記堆積物の堆積量のデータ、およびこの堆積量データと前記被処理体上の膜厚データとの相関関係を記述した相関パラメータが格納されるモニタリング用データベース部と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造システム。
【請求項２７】
前記半導体装置の製造装置が具備する前記膜厚演算装置が、前記被処理体用データベース部に格納される前記被処理体上の膜厚データ、ならびに前記モニタリング用データベース部に格納される前記モニタリング部の堆積量データおよび前記相関パラメータに基づいて前記被処理体上に堆積する膜の厚さを求めることを特徴とする請求項２６に記載の半導体装置の製造システム。
【請求項２８】
前記被処理体用データベース部、前記モニタリング用データベース部は、それぞれ新しい膜厚データおよび堆積量データを得るごとにそれら各データを格納するとともに、新しい前記膜厚データおよび新しい前記堆積量データに基づいて前記相関パラメータを更新することを特徴とする請求項２６または２７に記載の半導体装置の製造システム。
【請求項２９】
請求項１〜１３のうちのいずれかに記載の半導体装置の製造方法によって前記被処理体に前記所定の処理を施した後、前記所定の処理が施された前記被処理体を前記処理室の内部から取り出し、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量の測定値が０になるまで、前記モニタリング部に堆積する堆積物を除去可能なクリーニング用ガスを前記処理室内に導入することを特徴とする半導体製造装置のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法および製造装置、半導体装置の製造システム、ならびに半導体製造装置のクリーニング方法に関し、特にＣＶＤ法などの半導体製造プロセスにおける成膜プロセスに用いられる半導体装置の製造方法および製造装置、半導体装置の製造システム、ならびに半導体製造装置のクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般の半導体製造プロセスにおける成膜プロセスでは、成膜装置によって被処理体としてのウェーハの上に所望の薄膜を形成する。その後、形成された薄膜が所望の膜厚を有しているか否かを調べるために、成膜装置の反応容器（処理室）の内部からウェーハを取り出し、成膜装置とは別体の膜厚測定器によって膜厚を測定する。
【０００３】
近年、より高い精度で膜厚を制御したり、あるいは半導体装置の生産効率を向上させたりするために、成膜工程と併行して（In-situで）膜厚測定を行う半導体製造装置が考えられている。例えば、特開平４−８２２１４号公報に開示されている半導体製造装置では、石英チャンバー（処理室）内に配置された成膜中のウェーハに石英チャンバーの外側からレーザー光を照射し、薄膜内の光干渉による反射強度を石英チャンバーの外側で測定することにより、ウェーハ上に堆積した薄膜の膜厚を成膜工程と併行して測定する発明が提案されている。
【０００４】
また、特開平４−３４３２２０号公報に開示されている減圧ＣＶＤ装置では、ウェーハを載置したポートとともに石英板を炉心管（処理室）の内部に配置し、成膜開始とともにハロゲンランプの光を石英板に照射する。石英板からの透過光の強度変化を検出することにより、成膜中に石英板上に堆積する膜の厚さを測定する。石英板上に堆積する膜の厚さを、予め得られている成膜条件と成膜中に逐次照らし合わせることにより、ウェーハ上に堆積した薄膜の膜厚を成膜工程と併行して間接的に測定する。
【０００５】
また、より良質な薄膜を形成するために、ウェーハが収容される処理室の内部を清浄するクリーニング機構を備える半導体製造装置が考えられている。例えば、特開平４−２０６８２２号公報に開示されている半導体製造装置では、石英などから形成された反応管（処理室）の内部にエッチングガスを導入することにより、反応管の内壁に堆積した膜をエッチングしてクリーニングする。この際、反応管の外側に配置されたレーザー光照射装置から反応管の内部を通過するようにレーザー光を照射し、反応管を挟んでレーザー光照射装置と対向する位置に配置されているディテクターによって反応管を透過したレーザー光の強度の変化をモニタリング（観測）する。エッチング作業の終了間際では反応管上の堆積膜は薄いので、透過したレーザー光の強度は増大する。堆積膜が反応管上から無くなると、透過したレーザー光の強度は略一定の大きさになる。これにより、反応管の内部がクリーニングされたことが確認され、エッチング作業の終点を検出する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、特開平４−８２２１４号公報、特開平４−３４３２２０号公報、および特開平４−２０６８２２号公報に開示されている各発明は、次に述べるように、大きく分けて装置構成（処理環境、実施環境）および測定精度の２点で問題を有している。
【０００７】
前記各発明のように、測定光（レーザー光等）が処理室の内部を通過する構成においては、処理室の内部に光路を確保する必要がある。ところが、ウェーハの温度変化、処理室内に導入されたガス、および処理室内の雰囲気などは、測定精度を低下させるノイズの原因となる。したがって、測定光の情報にノイズが載らないように、光路は光学的に十分に安定している位置に設けなければならない。このため、処理室に対する構造的な制約が生じ易い。また、少なくとも処理室内の光路に当たる領域（空間）は光学的に十分に安定している必要があるので、処理室内の雰囲気の状態、成膜処理に用いる原料（ガス等）の成分、およびクリーニング用のガス（エッチングガス）の成分などに制約が生じるおそれがある。ひいては、半導体製造装置（減圧ＣＶＤ装置）の使用条件に制約が生じるおそれがある。
【０００８】
また、特開平４−３４３２２０号公報に開示されている発明では、処理室内に配置した石英板の上に堆積した膜の厚さを測定することにより、ウェーハ上に堆積した薄膜の膜厚を間接的に測定する。このような間接的な測定方法を用いる場合、測定精度を向上させるために、一般には、石英板などの測定対象物は、できる限りウェーハの近傍に配置される。ところが、前述したように、測定用の光路は光学的に十分に安定している必要がある。このため、測定対象物および光路を含めた測定系は、測定光がウェーハの温度変化などによる影響を受け難い位置に配置される必要がある。したがって、測定精度を向上させるために、ただ単純に測定対象物をウェーハに近付けることは難しい。
【０００９】
また、測定対象物をウェーハに近付けると、測定対象物がウェーハ付近の成膜用ガスの適正な流れを乱したり、あるいは測定対象物自体の温度変化が適正な状態に設定されているウェーハ付近の雰囲気に影響を与えたりするおそれがある。このように、測定精度を向上させるために測定対象物を不用意にウェーハに近付けると、かえってウェーハ上に形成される薄膜の膜質を低下させるおそれがある。このように、ウェーハ上に堆積した薄膜の膜厚を間接的に測定する場合、測定系の設定が困難であり、装置構成が複雑になり易い。
【００１０】
特に、特開平４−３４３２２０号公報に開示されている発明のように、複数枚のウェーハ（半導体基板）を一括で処理するバッチ式の処理装置においては、互いに異なる位置に配置されたすべてのウェーハに対する測定精度を同程度の高さに保持しつつ測定精度を向上させることは、前述した構造的な問題との兼ね合いなどにより非常に困難である。
【００１１】
さらに、一般的なバッチ式の処理装置においては、特開平４−８２２１４号公報に開示されている発明のように、成膜中にすべてのウェーハに測定光を直接照射して、各ウェーハ上の薄膜の膜厚を直接測定することは、構造的に非常に困難である。
【００１２】
本発明は、以上説明したような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、処理の種類に拘らず、処理環境の制約を受け難く、かつ処理精度を向上でき、また適正な状態で処理を行うことができ、良質な半導体装置を容易に得ることができる半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置、半導体装置の製造システム、および半導体製造装置のクリーニング方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、所定の処理が施される被処理体が収容される処理室の内部に前記被処理体を配置し、可変である所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部と、このモニタリング部に向けて前記所定波長を含む光を照射する光照射部、前記モニタリング部における前記照射光の反射光を受光する受光部、前記照射光、および前記反射光を、前記処理室内の雰囲気および前記処理室内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体と、を備えたモニタリング装置を、少なくとも前記モニタリング部の外側が前記処理室内に晒されるように配置し、前記所定の処理を開始するとともに、前記反射光の特徴量の測定を開始し、前記反射光の特徴量を測定することにより、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量を測定し、この堆積物の堆積量に基づいて前記被処理体上に堆積する膜の厚さを求め、前記被処理体上に堆積する前記膜の厚さに基づいて前記所定の処理を制御しつつ、前記所定の処理を行うことを特徴とするものである。
【００１４】
この半導体装置の製造方法においては、
所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部と、このモニタリング部に向けて可変である所定波長を含む光を照射する光照射部、モニタリング部における照射光の反射光を受光する受光部、照射光、および反射光を、処理室内の雰囲気および処理室内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体と、を備えたモニタリング装置を、少なくとも前記モニタリング部の外側が処理室内に晒されるように配置した状態で測定を行う。光照射部、照射光、反射光、および受光部は光路保護体によって処理室内の雰囲気および処理室内に導入される物質から隔離されているので、光照射部、照射光、反射光、および受光部の状態が処理の種類に左右されるおそれが殆どないとともに、その測定精度が処理室内の雰囲気および処理室内に導入される物質などによって低下するおそれの殆ど無い。また、処理室内に光照射部、照射光、反射光、および受光部を設ける必要が無いので、処理室の大きさおよび形状などからの制約を受け難いとともに、光照射部、照射光、反射光、および受光部が処理中の被処理体に影響を及ぼすおそれも殆ど無い。
【００１５】
また、前記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造装置は、所定の処理が施される被処理体が収容される処理室と、可変である所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部、このモニタリング部に向けて前記所定波長を含む光を照射する光照射部、前記モニタリング部における前記照射光の反射光を受光する受光部、ならびに前記光照射部、前記照射光、前記反射光、および前記受光部を前記処理室内の雰囲気および前記処理室内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体を備え、少なくとも前記モニタリング部の外側が前記処理室内に晒されるように配置されるモニタリング装置と、前記反射光の特徴量を測定することにより、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量を測定する堆積量測定装置と、この堆積量測定装置が測定した前記堆積物の堆積量に基づいて前記被処理体上に堆積する膜の厚さを求める膜厚演算装置と、この膜厚演算装置が求めた前記被処理体上に堆積する前記膜の厚さに基づいて前記所定の処理を制御する処理制御装置と、を具備することを特徴とするものである。
【００１６】
この半導体装置の製造装置においては、可変である所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部、このモニタリング部に向けて前記所定波長を含む光を照射する光照射部、前記モニタリング部における前記照射光の反射光を受光する受光部、ならびに前記光照射部、前記照射光、前記反射光、および前記受光部を前記処理室内の雰囲気および前記処理室内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体を備え、少なくとも前記モニタリング部の外側が前記処理室内に晒されるように配置されるモニタリング装置を具備している。光照射部、照射光、反射光、および受光部は光路保護体によって処理室内の雰囲気および処理室内に導入される物質から隔離されているので、光照射部、照射光、反射光、および受光部の状態が処理の種類に左右されるおそれが殆どないとともに、その測定精度が処理室内の雰囲気および処理室内に導入される物質などによって低下するおそれの殆ど無い。また、処理室内に光照射部、照射光、反射光、および受光部を設ける必要が無いので、処理室の大きさおよび形状などからの制約を受け難いとともに、光照射部、照射光、反射光、および受光部が処理中の被処理体に影響を及ぼすおそれも殆ど無い。
【００１７】
また、前記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造システムは、本発明に係る半導体装置の製造装置と、前記被処理体上に堆積する膜の厚さのデータが格納されている被処理体用データベース部と、前記モニタリング装置が測定した前記モニタリング部に堆積する前記堆積物の堆積量のデータ、およびこの堆積量データと前記被処理体上の膜厚データとの相関関係を記述した相関パラメータが格納されるモニタリング用データベース部と、を具備することを特徴とするものである。
【００１８】
この半導体装置の製造システムにおいては、本発明に係る半導体装置の製造装置を具備する。これにより、光照射部、照射光、反射光、および受光部は光路保護体によって処理室内の雰囲気および処理室内に導入される物質から隔離されているので、光照射部、照射光、反射光、および受光部の状態が処理の種類に左右されるおそれが殆どないとともに、その測定精度が処理室内の雰囲気および処理室内に導入される物質などによって低下するおそれの殆ど無い。また、処理室内に光照射部、照射光、反射光、および受光部を設ける必要が無いので、処理室の大きさおよび形状などからの制約を受け難いとともに、光照射部、照射光、反射光、および受光部が処理中の被処理体にが影響を及ぼすおそれも殆ど無い。
【００１９】
さらに、前記課題を解決するために、本発明に係る半導体製造装置のクリーニング方法は、本発明に係る半導体装置の製造方法によって前記被処理体に前記所定の処理を施した後、前記所定の処理が施された前記被処理体を前記処理室の内部から取り出し、前記モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量の測定値が０になるまで、前記モニタリング部に堆積する堆積物を除去可能なクリーニング用ガスを前記処理室内に導入することを特徴とするものである。
【００２０】
この半導体製造装置のクリーニング方法においては、モニタリング部に堆積する堆積物の堆積量の測定値が０になるまで、モニタリング部に堆積する堆積物を除去可能なクリーニング用ガスを処理室内に導入する。光照射部、照射光、反射光、および受光部は光路保護体によって処理室内の雰囲気および処理室内に導入される物質から隔離されているので、光照射部、照射光、反射光、および受光部の状態が処理の種類に左右されるおそれが殆どないとともに、その測定精度が処理室内の雰囲気および処理室内に導入される物質などによって低下するおそれの殆ど無い。また、処理室内に光照射部、照射光、反射光、および受光部を設ける必要が無いので、処理室の大きさおよび形状などからの制約を受け難いとともに、光照射部、照射光、反射光、および受光部が処理中の被処理体に影響を及ぼすおそれも殆ど無い。さらに、被処理体に対する所定の処理が適正な状態で施されるように、処理に干渉するおそれのある余計な成分を被処理体に処理を施し終わった後の処理室の内部から排除して、処理室の内部を清浄な状態に保持できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一つの実施の形態に係る半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置、半導体装置の製造システム、および半導体製造装置のクリーニング方法を、図１〜図９に基づいて説明する。
【００２２】
まず、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置としての成膜装置を、図１〜図３を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置としての成膜装置１、具体的には、バッチ式の化学気相成長装置（ＣＶＤ装置）１の概略構成を示す縦断面図である。
【００２４】
図１に示すように、処理室としての反応容器２は、反応容器２の内部を外部から遮断する外管２ａと、この外管２ａの内部に設けられ、内側に被処理体としてのウェーハ３が複数枚収容される内管２ｂとから構成されている。また、反応容器２の外管２ａの周囲には、反応容器２の内部の温度を所定の温度に調節するための処理室温度調節装置としての反応容器用ヒータ９が複数台設けられている。さらに、これら各反応容器用ヒータ９の周囲は、各反応容器用ヒータ９によって温められた反応容器２の内部の温度を保持するための複数個の断熱材１０によって囲まれている。各反応容器用ヒータ９および各断熱材１０は、反応容器２の内部の温度を略均一に保持できるように配置されている。各反応容器用ヒータ９は、後述する処理制御装置２７に接続されている。
【００２５】
ウェーハ（半導体基板）３は、被処理体支持ポートとしてのウェーハ支持台５に積載された状態で、反応容器２の内管２ｂの内側中央部に収容される。ウェーハ３は、上下方向に沿って複数層に積層された状態でウェーハ支持台５に積載される。また、それら各ウェーハ３の上側および下側、すなわちウェーハ支持台５の最上部および最下部には、モニタリング用の被処理体としてのモニタリング用ウェーハ（サンプル基板）４ａ，４ｂがそれぞれ１枚ずつ配置されている。ウェーハ支持台５は、保温台１１を介して処理室開閉部としての反応容器ドア１２に取り付けられている。
【００２６】
反応容器ドア１２は、反応容器２の内側に対向する側であるドア上部１２ａが石英により形成されているとともに、反応容器２の外側に対向する側であるドア下部１２ｂが金属により形成されており、２層構造に構成されている。また、反応容器ドア１２は、図示しないドア駆動用モータにより上下方向に沿って移動できるように設定されている。この上下動により、反応容器２の内部へのウェーハ３の搬入（収容）、および反応容器２の内部からのウェーハ３の搬出（取り出し）を行うことができる。
【００２７】
反応容器２には、化学気相成長（ＣＶＤ法）を行う際に、反応容器２の内部に処理用ガス（反応ガス）を導入するためのガス導入管６が取り付けられている。それとともに、反応容器２には、使用済みの処理用ガスを、反応容器２の内部から反応容器２の外部へ排出するためのガス排出管７が取り付けられている。処理用ガスは、図１中破線で示すように、ガス導入管６を通して反応容器２内に導入され、ウェーハ３が配置された領域を通過した後、ガス排出管６より反応容器２の外へ排出（排気）される。処理用ガスは、図示しないガス制御装置としてのマスフローコントローラなどによってガス導入管６内に送り込まれる。また、ガス排出管６には、図示しない排気ポンプ（真空ポンプ）や開閉弁（圧力調整バルブ）などに接続されており、これらによって使用済みの処理用ガスは、ガス排出管６を通して反応容器２の外へ排出（排気）される。また、排気ポンプおよび開閉弁の作動状態を調節することにより、反応容器２の内部を所定の圧力に設定して保持できる。
【００２８】
モニタリング装置としての膜厚モニタ８は、本実施形態においては、反応容器ドア１２をその厚さ方向に貫通して、反応容器ドア１２の下側から反応容器２内に挿入するように設けられている。なお、この下側膜厚モニタ８ａとは別に、図１に示すように、反応容器２の外管２ａの上側から、他の膜厚モニタ８（上側膜厚モニタ８ｂ）を反応容器２内に挿入するように設けても構わない。あるいは、下側膜厚モニタ８ａおよび上側膜厚モニタ８ｂを同時に使用しても構わない。さらには、それら両膜厚モニタ８ａ，８ｂ以外にも図示しない他の膜厚モニタを複数個設けて、それらを同時に使用しても構わない。
【００２９】
例えば、各膜厚モニタを、図２に示すように、各膜厚モニタが有する後述するモニタリング部２９に堆積する堆積物２６の堆積量が、ウェーハ３の異なる複数の部位の上に堆積する図示しない膜の厚さに対応するように、複数個設けても構わない。また、各膜厚モニタを、図１に示すように、反応容器２の内部にウェーハ３が複数枚収容された状態で、モニタリング部２９に堆積する堆積物２６の堆積量が、各ウェーハ３上に堆積するそれぞれの膜の厚さに対応するように、複数個設けても構わない。また、反応容器２の内部に複数枚のウェーハ３および２枚のモニタリング用ウェーハ４ａ，４ｂが収容された状態で、モニタリング部２９に堆積する堆積物２６の堆積量が、各モニタリング用ウェーハ４ａ，４ｂの異なる複数の部位の上に堆積するそれぞれの膜の厚さに対応するように、複数個設けても構わない。さらには、反応容器２の内部に複数枚のウェーハ３および２枚のモニタリング用ウェーハ４ａ，４ｂが収容された状態で、モニタリング部２９に堆積する堆積物２６の堆積量が、各モニタリング用ウェーハ４ａ，４ｂの上に堆積するそれぞれの膜の厚さに対応するように、複数個設けても構わない。
【００３０】
以上説明したように複数個の膜厚モニタを設けることにより、膜厚モニタによる測定精度を向上できる。
【００３１】
次に、膜厚モニタ８（下側膜厚モニタ８ａ）について、図２を参照しつつ詳しく説明する。
【００３２】
図２は、下側膜厚モニタ８ａの付近を拡大して示す縦断面図である。
【００３３】
下側膜厚モニタ８ａは、図２に示すように、所定波長を含む光が透過および反射可能な材料によって形成されたモニタリング部２９を有し、このモニタリング部２９に向けて所定波長を含む光を照射する光照射部１６およびその照射光、ならびにモニタリング部２９における照射光の反射光およびこの反射光を受光する受光部３０を、反応容器２内の雰囲気および反応容器２内に導入される物質から隔離するように形成された光路保護体１５を備え、少なくともモニタリング部２９の外側が反応容器２内に晒され得るものである。
【００３４】
前述したように、下側膜厚モニタ８ａは、反応容器ドア１２を下方から貫通して反応容器１内に挿入されている。化学気相成長反応が起こっている間は、下側膜厚モニタ８ａの光路保護体としてのモニタ保護管１５の一端部（上端部）に設けられているモニタリング部２９の外側（上側）に膜が堆積していく。本発明においては、モニタ保護管１５のモニタリング部２９の上に堆積した膜の厚さを、光を用いて測定するものである。
【００３５】
前記反射光の特徴量を測定することにより、モニタリング部２９に堆積する堆積物２６の堆積量を測定する堆積量測定装置としての膜厚測定部２２から発せられた測定用の所定波長を含む光（以下、測定光と略称する。）は、光ファイバー延長線２５を経由して光照射部としての光ファイバー１６内に入り、モニタ保護管１５の内側において、モニタリング部２９に向けて、その下方から照射される。モニタリング部２９に向けて照射された測定光は、モニタリング部２９付近において、主に次に述べるような反射光となる。
【００３６】
測定光の反射光は、主に次に述べる３種類の反射光の合成波により形成される。１つは、所定波長を含む光が透過および反射可能な材料としての石英によって形成されているモニタリング部２９の下側（下面）における反射光である。もう一つは、モニタリング部２９の上側（上面）と、モニタリング部２９の上に堆積した堆積物（堆積膜）２６との境界面（界面）からの反射光である。最後の一つは、モニタリング部２９の上側に堆積した堆積膜２６の表面からの反射光である。これら３種類の反射光の合成波によって、モニタリング部２９の上側に堆積した堆積膜２６の厚さに特有の反射強度を得ることができる。
【００３７】
合成反射光は、光ファイバー１６を経由し、膜厚測定部２２に戻り、膜厚測定部２２内の図示しないビームスプリッターにより、同じく図示しない光検出器に導かれる。この光検出器によって前述した合成反射光の光強度を知ることにより、各ウェーハ３に堆積した膜の厚さを知ることができる。測定光の強度測定は単一波長によるものであってもよいし、異なる複数の大きさの波長からなるものであっても良い。また、測定に用いる光の波長は可変であっても構わない。測定光の波長が異なる複数の大きさの波長からなる場合、分光型の光検出器を用いれば良い。本実施形態においては、モニタリング部２９に向けて測定光を照射する光照射部１６と、その照射光の反射光を受光する受光部３０は、図２に示すように、１本の光ファイバーとして一体に形成されている。ただし、このような構成には制約されず、照射部１６と受光部３０とは別体に構成しても構わない。
【００３８】
反応容器２の内部は、反応容器２の外部と遮断可能な構造に設定されている必要がある。このため、図２に示すように、モニタ保護管１５と反応容器ドア１２とは、シール用蛇腹１９、蛇腹支持板２１、およびシール用Ｏリング２０によって気密性を保持されている。また、シール用蛇腹１９を使用した構造となっているので、モニタリング部位置調節装置としてのモニタリング部上下駆動用モータ１３によって、モニタリング部２９を所定の高さに設定することができる。モニタリング部２９は、モニタリング部上下駆動用モータ１３が取り付けられているモニタリング部上下駆動用レール１４に沿って、上下動される。
【００３９】
また、本実施形態の下側膜厚モニタ８ａは、モニタ保護管１５の内部を所定の温度に加熱できるように、モニタリング部温度調節装置としてのモニタ用ヒータ１８を有する。さらに、モニタ保護管１５の内部の温度を測定できるように、モニタリング部温度測定装置としての熱電対１７が挿入されている。また、熱電対１７は、温度計測用電圧測定器２３に接続されている。これにより、モニタ用ヒータ制御部２４によってモニタ用ヒータ１８を制御し、モニタ保護管１５の内部の温度を所定の温度に調節して保持することも可能である。
【００４０】
下側膜厚モニタ８ａ、モニタリング部上下駆動用モータ１３、膜厚測定部２２、温度計測用電圧測定器２３、およびモニタ用ヒータ制御部２４は、モニタリング部２９の上側に堆積した堆積膜２６の堆積量に基づいて、バッチ式ＣＶＤ装置１による処理を制御する処理制御装置２７に接続されており、それぞれ、ウェーは３に適正な状態で成膜処理が施されるように制御される。本実施形態においては、膜厚測定部２２が測定した堆積物２９の堆積量に基づいて各ウェーハ３上に堆積する膜の厚さを求める膜厚演算装置２８が処理制御装置２７の内部に一体に組み込まれている設定となっている。
【００４１】
図３に、モニタリング部２９の上側に堆積した堆積膜２６の堆積量（窒化膜（Si3N4）の膜厚）と、波長が500nmの測定光の反射率（反射強度）の振幅との関係を表すグラフを示す。例えば、このグラフのピークとピークとの大きさなどを時系列的に解析することにより、窒化膜（Si3N4）の膜厚を知ることができる。これは、膜厚演算装置２８によって行われる。そして、窒化膜（Si3N4）の膜厚が予め定められている所定の膜厚になった際に、膜堆積（成膜工程）を停止する。
【００４２】
以上説明したように、本発明に係る半導体装置の製造装置としてのバッチ式ＣＶＤ装置１においては、測定光の反射率（反射強度）を測定するため、堆積量測定装置としての膜厚測定部２２には反射率計を用いる設定となっている。ただし、測定光の偏光率を測定する場合には、膜厚測定部２２には偏光率計を用いても構わない。また、測定光には、レーザー光線や、あるいは可視光線など、様々な波長からなる光を含む測定光を用いることができる。
【００４３】
以上説明した本発明に係る本実施形態の半導体装置の製造装置１によれば、光照射部１６、照射光、反射光、および受光部３０はモニタ保護管１５によって反応容器２内の雰囲気および反応容器２内に導入される物質から隔離されているので、光照射部１６、照射光、反射光、および受光部３０が処理の種類に左右されるおそれが殆どないとともに、その測定精度が反応容器２内の雰囲気および処理室内に導入される物質などによって低下するおそれの殆ど無い。また、反応容器２内に光照射部１６、照射光、反射光、および受光部３０を設ける必要が無いので、処理室の大きさおよび形状などからの制約を受け難いとともに、光照射部１６、照射光、反射光、および受光部３０が処理中のウェーハ３に影響を及ぼすおそれも殆ど無い。したがって、処理の種類に拘らず、処理環境の制約を受け難く、かつ処理精度を向上でき、また適正な状態で処理を行うことができ、良質な半導体装置を容易に得ることができる。
【００４４】
次に、本発明に係る本実施形態の半導体装置の製造システムについて、図４を参照しつつ説明する。本実施形態の半導体装置の製造システム３１は、図４に示すように、前述した成膜装置（バッチ式ＣＶＤ装置）１を用いた、いわゆる成膜システム３１である。
【００４５】
この成膜システム３１は、本発明に係る半導体装置の製造装置１と、被処理体３上に堆積する膜の厚さのデータが格納されている被処理体用データベース部３３と、モニタリング装置８が測定したモニタリング部２９に堆積する堆積物２９の堆積量のデータ、およびこの堆積量データと被処理体３上の膜厚データとの相関関係を記述した相関パラメータが格納されているモニタリング用データベース部３４と、を具備し、膜厚演算装置２８は、被処理体用データベース部３３に格納されている被処理体３上の膜厚データ、ならびにモニタリング用データベース部３４に格納されているモニタリング部２９の堆積量データおよび前記相関パラメータに基づいて被処理体３上に堆積する膜の厚さを求めること前提とするものである。
【００４６】
また、この成膜システム３１は、次に述べる特徴を備えるものである。
【００４７】
被処理体用データベース部３３、モニタリング用データベース部３４は、それぞれ新しい膜厚データおよび堆積量データを得るごとにそれら各データを格納するとともに、新しい膜厚データおよび新しい堆積量データに基づいて相関パラメータを更新する。
【００４８】
図４は、本発明に係る膜厚モニタ８を含む半導体装置の製造システム３１の概略構成を示すブロック図である。図４中破線で囲まれている部分が従来の技術に係る一般的な半導体装置の製造システムと異なっている部分である。
【００４９】
従来の技術に係る一般的な半導体装置の製造システムにおいては、生産管理システム３７より、予め所定の処理工程（処理順序）を記述したスケジュール（レシピ）がＣＶＤ装置１のコントローラ（ＣＶＤコントローラ）２７に伝えられる。すると、ＣＶＤコントローラ２７は、予め決められたレシピに従ってＣＶＤ装置１（ＣＶＤ装置本体３２）の作動状態を制御する。また、成膜処理中（Ｉｎ−ｓｉｔｕ）に膜厚のモニタリングが可能なモニタ（Ｉｎ−ｓｉｔｕモニタ、モニタリング装置）８が搭載された従来の技術に係るＣＶＤ装置１では、膜厚モニタ用コントローラ３５から得られる膜厚情報により、膜堆積処理を停止させる。このような構成からなる、従来の技術に係る一般的な半導体装置の製造システムにおいては、、Ｉｎ−ｓｉｔｕモニタ（ウェーハ上膜厚測定装置）８から得られる膜厚情報と、ウェーハ７上に堆積される膜厚情報とを比較する機能は無かった。
【００５０】
これに対し、本発明に係る半導体装置の製造システム（成膜システム）３１は、処理中（Ｉｎ−ｓｉｔｕ）の膜厚モニタ用のデータベース部である、モニタリング用データベース部としての膜厚モニタ用のデータベース部３４、およびＩｎ−ｓｉｔｕの被処理体用データベース部である、被処理体用データベース部としてのウェーハ上膜厚用データベース部３３の、２つの異なるデータベース部を有している。それとともに、オフセット管理システム３６により、Ｉｎ−ｓｉｔｕ膜厚モニタ８から得られる膜厚情報と、図示しない非処理状態（Ｅｘ−ｓｉｔｕ）であるウェーハ３上の膜厚モニタから得られる膜厚情報の違い（差）を常に管理している。これにより、Ｉｎ−ｓｉｔｕ膜厚モニタ８から得られる膜厚情報と、Ｅｘ−ｓｉｔｕであるウェーハ３上の膜厚モニタから得られる膜厚情報との相関関係を、随時、自動で校正することが可能な設定となっている。
【００５１】
また、オフセット管理システム３６を管理している生産管理システム３７から特定の膜厚の膜を堆積させる命令は、オフセット管理システム３６内で所定のＩｎ−ｓｉｔｕ膜厚モニタ用の膜厚情報に変換され、ＣＶＤコントローラ２７にダウンロードされる。しかる後は、ＣＶＤコントローラ２７と膜厚モニタ用コントローラ３５との間の情報のやり取りのみで所定の膜厚を得ることができる。
【００５２】
このオフセット管理システム３６は、ＣＶＤ装置で成膜可能なあらゆる膜の種類、および膜の厚さに対応可能である。さらに、このオフセット管理システム３６は、複数台のＣＶＤ装置の制御を行うことも可能である。また、１台のＣＶＤ装置に複数台のＩｎ−ｓｉｔｕ膜厚モニタ８を搭載する場合においても、同様なシステムで管理することができる。複数台のＩｎ−ｓｉｔｕ膜厚モニタ８を設置する場合には、それらから送られて来る個々の膜厚データを互いに独立に使用できる。例えば、図１に示すように、複数ゾーンに分けられたヒータ９による反応容器２内の温度を、ウェーハ３の設置領域の膜厚が均一になるように温度制御することも可能である。さらに、本実施形態においては、縦型のバッチ式のＣＶＤ装置を例に挙げて説明したが、本実施形態に限るものではなく、例えば枚葉式のＣＶＤ装置にも適用できるのはもちろんである。
【００５３】
以上説明した本発明に係る本実施形態の半導体装置の製造システム３１によれば、前述した本発明に係る本実施形態の半導体装置の製造装置１を用いてさらにきめこまかい成膜処理の制御を行っているので、より処理環境の制約を受け難く、かつより処理精度を向上でき、またより適正な状態で成膜処理を行うことができ、より良質な半導体装置を容易に得ることができる。
【００５４】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、前述したバッチ式ＣＶＤ装置１を用いた、いわゆる成膜方法である。
【００５５】
この成膜方法は、まず、反応容器２の内部にウェーハ３所定枚数を配置するとともに、モニタリング装置８（下側膜厚モニタ８ａ）を、モニタリング部２９の外側が反応容器２内に晒されるように配置する。その後、成膜所定の処理を開始するとともに、反射光の反射率の測定を開始する。併せて、反射光の反射率を測定値に基づいてモニタリング部２９に堆積する堆積物２６の堆積量を測定する。この堆積物２９の堆積量に基づいて各ウェーハ３上に堆積する膜の厚さを求める。しかる後、各ウェーハ３上に堆積するそれぞれの膜の厚さに基づいて、各ウェーハ３に適正な状態で薄膜が形成されるように成膜処理を制御しつつ、成膜処理を行うことを前提とするものである。成膜処理の制御とは、反応容器２内に導入される原料の種類や、あるいは反応容器２内の温度、圧力、湿度などの雰囲気を、各ウェーハ３に適正な状態で薄膜が形成されるように調整することである。
【００５６】
本実施形態の成膜方法は、前述した成膜装置１を用いて行うので、その作用および効果は成膜装置１の作用および効果と同様である。すなわち、光照射部１６、照射光、反射光、および受光部３０はモニタ保護管１５によって反応容器２内の雰囲気および反応容器２内に導入される物質から隔離されているので、光照射部１６、照射光、反射光、および受光部３０が処理の種類に左右されるおそれが殆どないとともに、その測定精度が反応容器２内の雰囲気および処理室内に導入される物質などによって低下するおそれの殆ど無い。また、反応容器２内に光照射部１６、照射光、反射光、および受光部３０を設ける必要が無いので、処理室の大きさおよび形状などからの制約を受け難いとともに、光照射部１６、照射光、反射光、および受光部３０が処理中のウェーハ３に影響を及ぼすおそれも殆ど無い。したがって、処理の種類に拘らず、処理環境の制約を受け難く、かつ処理精度を向上でき、また適正な状態で処理を行うことができ、良質な半導体装置を容易に得ることができる。
【００５７】
次に、図５〜図８を参照しつつ、本実施形態の半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置、および半導体装置の製造システムの効果について説明する。
【００５８】
図８は、従来の技術に係る半導体装置の製造装置および製造方法による、反応容器内の鉛直方向（上下方向）の各位置と、それら各位置における堆積膜厚を示すグラフである。ウェーハの配置領域と、Ｉｎ−ｓｉｔｕ膜厚モニタ（モニタリング部）が設置された位置との間で膜厚の値に大きな差があることが分かる。この差が安定したものであれば、Ｉｎ−ｓｉｔｕ膜厚モニタからの膜厚情報に基づいてウェーハの膜厚を予測することは容易である。
【００５９】
ところが、図９に示すように、Ｉｎ−ｓｉｔｕ膜厚モニタの位置では、薄膜を複数回堆積した場合の測定精度（再現性）は、ウェーハの配置領域における膜厚の測定精度（再現性）の分布幅に比べて大きい。このような場合、Ｉｎ−ｓｉｔｕ膜厚モニタからの膜厚情報に基づいてウェーハ上に堆積した膜厚を知ることは実質的に殆ど可能である。
【００６０】
図５および図６は、本発明にか係る半導体装置の製造装置を用いて、Ｉｎ−ｓｉｔｕ膜厚モニタを温度制御して、膜厚を測定した場合の結果を示すグラフである。図５および図６から分かるように、モニタリング部２９の位置における膜厚の再現性は、ウェーハ３の配置領域における膜厚の測定精度と略同じ精度が得られている。
【００６１】
本発明者らが行った実験によれば、その測定精度は、本実施形態で記載したＩｎ−ｓｉｔｕ膜厚モニタ８（８ａ）とウェーハ３上の膜厚の相関関係を自動的に計算するシステム３１を使用することにより、さらに向上することが確認されている。また、本発明に係るＩｎ−ｓｉｔｕ膜厚モニタ８（８ａ）では、前述したモニタリング部位置調節装置１３を使用して、モニタ位置（モニタリング部２９の位置）をウェーハ３に近付けることにより、その再現性を向上できることも確認されている。本発明のように、形成される膜の種類や膜厚が異なると、最適なモニタリング位置（測定位置）も異なってくるので、モニタ位置は可動であることが好ましい。
【００６２】
図７は、従来の技術に係るＣＶＤ装置を使用した場合の窒化膜の堆積膜厚の傾向（トレンド）と、本発明に係るＣＶＤ装置１（成膜システム３１）を使用した場合の窒化膜の堆積膜厚の傾向とを比較して示すグラフである。本発明に係るＣＶＤ装置１（成膜システム３１）では、再現性が格段に向上されていることが分かる。
【００６３】
以上の説明では、ウェーハ３上に窒化膜を成膜する際の効果を説明した。本発明者らが行った実験によれば、本発明に係る本実施形態の半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置、および半導体装置の製造システムを用いれば、窒化膜を形成する場合のみに拘らず、例えば多結晶シリコンやアモルファス・シリコン、さらには各種酸化膜の堆積（成膜）する場合においても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
次に、本発明に係る本実施形態の半導体製造装置のクリーニング方法について説明する。本実施形態の半導体製造装置のクリーニング方法は、前述した成膜装置（バッチ式ＣＶＤ装置）１を用いたものである。
【００６５】
このクリーニング方法は、先ず、本発明に係る半導体装置の製造方法によってウェーハ３に成膜処理を施した後、この成膜処理が施されたウェーハ３を反応容器２の内部から取り出す。この後、モニタリング部２９に堆積する堆積物２６の堆積量の測定値が０になるまで、モニタリング部２９に堆積する堆積物を除去可能なクリーニング用ガスを反応容器２内に導入することを特徴とするものである。
【００６６】
この半導体製造装置のクリーニング方法においては、ウェーハ３に対する成膜処理が適正な状態で施されるように、処理に干渉するおそれのある余計な成分をウェーハ３に成膜処理を施し終わった後の反応容器２の内部から排除して、反応容器２の内部を清浄な状態に保持できる。これにより、適正な状態で成膜処理を行うことができ、良質な半導体装置を容易に得ることができる。
【００６７】
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る本実施形態の半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置、半導体装置の製造システム、および半導体製造装置のクリーニング方法によれば、処理の種類に拘らず、処理環境の制約を受け難く、かつ処理精度を向上でき、また適正な状態で処理を行うことができ、良質な半導体装置を容易に得ることができる。
【００６８】
なお、本発明に係る半導体装置の製造装置および製造方法、ならびに半導体製造装置のクリーニング方法は、前述した一つの実施の形態には制約されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、それらの構成や、あるいは工程などの一部を種々様々な設定に変更したり、あるいは各種設定を組み合わせて用いたりして実施することができる。
【００６９】
例えば、過去に測定したウェーハ上の膜厚とモニタリング部２９での膜厚の関係を参照できるデータベース部を備えることにより、高精度でウェーハ上の膜厚を予測することが可能となる。
【００７０】
また、本発明は、バッチ式成膜装置、ならびに成膜プロセスに限るものではなく、エッチングや反応容器のクリーニングに対しても適用可能である。
【００７１】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置、半導体装置の製造システム、および半導体製造装置のクリーニング方法によれば、光照射部、照射光、反射光、および受光部は光路保護体によって処理室内の雰囲気および処理室内に導入される物質から隔離されているので、光照射部、照射光、反射光、および受光部の状態が処理の種類に左右されるおそれが殆どないとともに、その測定精度が処理室内の雰囲気および処理室内に導入される物質などによって低下するおそれの殆ど無い。また、処理室内に光照射部、照射光、反射光、および受光部を設ける必要が無いので、処理室の大きさおよび形状などからの制約を受け難いとともに、光照射部、照射光、反射光、および受光部が処理中の被処理体に影響を及ぼすおそれも殆ど無い。したがって、処理の種類に拘らず、処理環境の制約を受け難く、かつ処理精度を向上でき、また適正な状態で処理を行うことができ、良質な半導体装置を容易に得ることができる。
【００７２】
特に、本発明に係る半導体製造装置のクリーニング方法によれば、被処理体に対する所定の処理が適正な状態で施されるように、処理に干渉するおそれのある余計な成分を被処理体に処理を施し終わった後の処理室の内部から排除して、処理室の内部を清浄な状態に保持できるので、良質な半導体装置を容易に得ることができる環境を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る半導体装置の製造装置としてのＣＶＤ装置の構成を簡略して示す縦断面図。
【図２】図１のＣＶＤ装置が具備する膜厚測定装置としての膜厚モニタリング装置の付近の構成を拡大して示す縦断面図。
【図３】図２の膜厚モニタリング装置のモニタリング部に堆積した窒化膜と反射率との相関関係のグラフを示す特性図。
【図４】図１のＣＶＤ装置を具備する本発明の一つの実施の形態に係る半導体装置の製造システムを示すブロック図。
【図５】図１のＣＶＤ装置が具備する処理室としての反応容器内の高さ位置と窒化膜も堆積膜厚との相関関係を示す特性図。
【図６】図１のＣＶＤ装置が具備する処理室としての反応容器内の高さ位置と窒化膜も堆積膜厚との相関関係を多数回プロットして示す特性図。
【図７】窒化膜の堆積膜厚の傾向を本発明と従来技術とで比較して示す図。
【図８】従来の技術に係る反応容器内の位置と窒化膜の堆積膜厚の相関関係を示す図。
【図９】従来の技術に係る反応容器内の位置と窒化膜の堆積膜厚の相関関係を多数回プロットして示す図。
【符号の説明】
１…半導体装置の製造装置
２…処理室
３…被処理体
４ａ，４ｂ…モニタリング用被処理体
８…モニタリング装置
１３…モニタリング部位置調節装置
１５…光路保護体
１６…光照射部
１８…モニタリング部温度調節装置
２２…堆積量測定装置
２６…堆積物
２７…処理制御装置
２８…膜厚演算装置
２９…モニタリング部
３０…受光部
３３…被処理体用データベース部
３４…モニタリング用データベース部
【図１】
0003998445.tif 000002
【図２】
0003998445.tif 000003
【図３】
0003998445.tif 000004
【図４】
0003998445.tif 000005
【図５】
0003998445.tif 000006
【図６】
0003998445.tif 000007
【図７】
0003998445.tif 000008
【図８】
0003998445.tif 000009
【図９】
0003998445.tif 000010