半導体製造装置
【課題】成膜中の成長速度をリアルタイムで精度良く検出可能な半導体製造装置を提供する。
【解決手段】干渉検出装置７は、波長λのレーザ光を用いて、基板２０上に成長された単結晶Ｓｉ膜の表面から反射光と、リファレンスレンズ７３からの反射光との干渉光をマイケルソン干渉計によって検出する。解析装置８は、干渉検出装置７によって検出された干渉光の振動波形にフィッティングする振動波形を演算し、その演算した振動波形における周期Ｔを求める。そして、解析装置８は、周期Ｔによってλ／２の膜厚を除算して成長速度を検出する。
【解決手段】干渉検出装置７は、波長λのレーザ光を用いて、基板２０上に成長された単結晶Ｓｉ膜の表面から反射光と、リファレンスレンズ７３からの反射光との干渉光をマイケルソン干渉計によって検出する。解析装置８は、干渉検出装置７によって検出された干渉光の振動波形にフィッティングする振動波形を演算し、その演算した振動波形における周期Ｔを求める。そして、解析装置８は、周期Ｔによってλ／２の膜厚を除算して成長速度を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体製造装置に関し、特に、半導体膜の成長速度を測定しながら半導体膜を製造する半導体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、成膜中の膜厚またはエッチング中のエッチング深さを測定する測定方法が知られている（特許文献１）。
【０００３】
この測定方法は、マイケルソン干渉計を用いて半導体基板の第１の表面からの反射波とリファレンスミラーからの反射波との干渉によって生じる第１の干渉波を検出し、その後、第１の表面をエッチングして得られる半導体基板の第２の表面からの反射波とリファレンスミラーからの反射波との干渉によって生じる第２の干渉波を検出し、第１の干渉波と第２の干渉波との位相差を電圧値に変換し、その変換した電圧値をリファレンスミラーに接続された圧電素子に印加してリファレンスミラーを変位させ、そのリファレンスミラーの変位量をエッチング深さとして検出するものである。
【０００４】
また、特許文献１には、上述した測定方法を用いて成膜中の膜厚を測定することも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３３５５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の測定方法は、圧電素子によるリファレンスミラーの変位量をエッチング深さまたは膜厚として検出するため、その検出したエッチング深さまたは膜厚が圧電素子の変位精度によって律則され、エッチング深さまたは膜厚を高精度に測定することが困難である。また、特許文献１には、エッチングするときのエッチング時間を正確に計測する方法、または成膜するときの成膜時間を正確に計測する方法が開示されていないため、成長速度を精度良く求めるのは困難であるという問題がある。
【０００７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、成膜中の成長速度をリアルタイムで精度良く検出可能な半導体製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、半導体製造装置は、反応容器と、基板保持部材と、加熱器と、ガス供給装置と、排気装置と、干渉検出装置と、成長速度検出器とを備える。基板保持部材は、反応容器の内部に設置され、基板を保持する。加熱器は、基板を加熱する。ガス供給装置は、反応容器内に材料ガスを供給する。排気装置は、反応容器内に供給された材料ガスを排気し、反応容器内の圧力を所望の圧力に設定する。干渉検出装置は、λの波長を有するレーザ光を基準面と基板上に堆積された半導体膜とに略垂直に照射し、半導体膜の表面からのレーザ光の第１の反射光とレーザ光の基準面からの第２の反射光との干渉による第１の干渉信号を検出する。成長速度検出器は、第１の干渉信号に基づいて、半導体膜がｍλ／２（ｍは正の実数）の膜厚だけ成長するのに要する時間を計測し、その計測した時間によってｍλ／２の膜厚を除算して半導体膜の成長速度を検出する。
【０００９】
好ましくは、成長速度検出器は、干渉検出装置によって検出された第１の干渉信号にフィテッィングされた振動波形を演算し、その演算した振動波形がｍ×周期だけ振動するときの時間を求め、その求めた時間によってｍλ／２の膜厚を除算して半導体膜の成長速度を検出する。
【００１０】
好ましくは、半導体製造装置は、回転器をさらに備える。回転器は、基板保持部材を回転する。干渉検出装置は、基板の表面からの第３の反射光と第２の反射光との干渉による第２の干渉信号と、第１の干渉信号とを検出する。成長速度検出器は、第１の干渉信号をフーリエ変換した信号から第２の干渉信号をフーリエ変換した信号を減算し、その減算結果を逆フーリエ変換するとともに、逆フーリエ変換して得られた信号に基づいて、半導体膜がｍλ／２の膜厚だけ成長するのに要する時間を計測し、その計測した時間によってｍλ／２の膜厚を除算して半導体膜の成長速度を検出する。
【００１１】
好ましくは、半導体製造装置は、凹凸度検出器をさらに備える。凹凸度検出器は、第１の干渉信号の干渉縞の方向および干渉縞の数に基づいて半導体膜の表面の凹凸度を検出する。
【００１２】
好ましくは、加熱器は、各々が基板を加熱する複数のランプからなる。干渉検出装置は、複数のランプの隙間を介してレーザ光を半導体膜に照射する。
【００１３】
好ましくは、干渉検出装置は、複数のランプから出射され、半導体膜の表面で反射された光を除去し、第１および第２の反射光を通過させるフィルタを含む。
【００１４】
好ましくは、基板は、単結晶Ｓｉ基板からなり、半導体膜は、単結晶Ｓｉからなる。加熱器は、基板を１０００℃以上に加熱する。
【００１５】
好ましくは、干渉検出装置は、半導体膜の面内方向において複数の位置に複数のレーザ光を照射するとともに、複数の第１の干渉信号を検出する。成長速度検出器は、複数の第１の干渉信号の各々に基づいて、成長速度検出処理を実行し、複数の位置における複数の成長速度を検出する。
【００１６】
好ましくは、加熱器は、成長速度検出器によって検出された成長速度に基づいて基板を加熱するときの目標温度を決定し、その決定した目標温度に基板を加熱する。
【発明の効果】
【００１７】
この発明による半導体製造装置においては、マイケルソン干渉計を用いて干渉信号を検出し、その検出した干渉信号に基づいて、半導体膜がｍλ／２の膜厚だけ成長するのに要する時間を求め、その求めた時間によってｍλ／２の膜厚を除算して成長速度を検出する。そして、ｍλ／２の膜厚だけ成長するのに要する時間は、干渉信号の振動波形の周期をｍ倍することによって求められる。また、干渉信号の検出は、半導体膜の成膜中においても随時行なわれる。
【００１８】
したがって、この発明によれば、成膜中の成長速度をリアルタイムで精度良く検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体製造装置の構成図である。
【図２】成長速度の測定方法を説明するための図である。
【図３】干渉信号の概念図である。
【図４】振動波形の実測値とフィテッィング結果を示す図である。
【図５】干渉光を検出する実験結果を示す図である。
【図６】図５に示す振動波形の一部の拡大図である。
【図７】基板からの反射光のスポット位置をリファレンスミラーからの反射光のスポット位置からずらせたときの干渉縞を示す図である。
【図８】図１に示す半導体製造装置における動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】図１に示す半導体製造装置における他の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】実施の形態１による他の半導体製造装置の構成図である。
【図１１】実施の形態２による半導体製造装置の構成図である。
【図１２】図１１に示す半導体製造装置における動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】実施の形態２による他の半導体製造装置の構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２１】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による半導体製造装置の構成図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１による半導体製造装置１０は、反応容器１と、窓２と、基板ホルダー３と、加熱器４と、ガス供給装置５と、排気装置６と、干渉検出装置７と、解析装置８と、制御装置９とを備える。
【００２２】
反応容器１は、略直方体の外形を有するとともに、略四角形の平面形状を有する。窓２は、反応容器１の天井１Ａの一部に埋め込まれており、たとえば、石英からなる。
【００２３】
基板ホルダー３は、略円筒形状からなり、反応容器１の底面１Ｂ上に設置される。加熱器４は、たとえば、複数のランプからなり、反応容器１の外側において窓２に沿って配置される。ガス供給装置５は、反応容器１のガス供給口１Ｃに接続される。排気装置６は、反応容器１の排気口１Ｄに接続される。
【００２４】
干渉検出装置７は、窓２の上側に配置される。そして、干渉検出装置７は、レーザ７１と、ビームスプリッタ７２と、リファレンスミラー７３と、バンドパスフィルタ７４と、レンズ７５と、ハーフミラー７６と、フォトダイオード７７と、反射ミラー７８とを含む。
【００２５】
レーザ７１は、窓２の上側に配置される。ビームスプリッタ７２は、レーザ７１と窓２との間に配置される。リファレンスミラー７３は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）のミラー面を有し、ビームスプリッタ７２の横方向に配置される。
【００２６】
バンドパスフィルタ７４、レンズ７５、ハーフミラー７６およびフォトダイオード７７は、ビームスプリッタ７２を中心にしてリファレンスミラー７３の反対側にバンドパスフィルタ７４、レンズ７５、ハーフミラー７６およびフォトダイオード７７の順で配置される。反射ミラー７８は、ハーフミラー７６と解析装置８との間に配置される。
【００２７】
解析装置８は、干渉検出装置７のフォトダイオード７７に接続されるとともに、反射ミラー７８からの光を受ける。
【００２８】
窓２は、レーザ７１から出射されたレーザ光ＬＢを基板ホルダー３上に設置された基板２０の方向へ透過させるとともに、基板２０の表面で反射された反射光ＲＦＬ１をビームスプリッタ７２へ透過させる。また、窓２は、加熱器４（＝複数のランプ）からの光を基板２０へ透過させる。
【００２９】
基板ホルダー３は、基板２０を保持する。加熱器４は、制御装置９からの制御に従って窓２を介して基板２０を目標温度に加熱する。ガス供給装置５は、材料ガスをガス供給口１Ｃから反応容器１内へ供給する。
【００３０】
排気装置６は、たとえば、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプからなり、排気口１Ｄを介して反応容器１内のガスを排気する。
【００３１】
干渉検出装置７は、マイケルソン干渉計の原理を用いて基板２０の表面からの反射光ＲＦＬ１と、リファレンスミラー７３からの反射光ＲＦＬ２との干渉光ＩＴＦ１を検出する。
【００３２】
より具体的には、レーザ７１は、たとえば、Ｈｅ−Ｎｅレーザからなり、波長６３２．８ｎｍのレーザ光ＬＢをビームスプリッタ７２へ出射する。この場合、レーザ光ＬＢの出力パワーは、１０．０ｍＷであり、ビーム径は、０．６５ｍｍ［１／ｅ２］であり、ビームの広がり全角は、１．２４ｍｒａｄであり、偏光比は、１：５００である。
【００３３】
ビームスプリッタ７２は、レーザ７１からのレーザ光ＬＢを２つのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２に分割し、その分割したレーザ光ＬＢ１を窓２を介して基板２０に照射し、レーザ光ＬＢ２をリファレンスミラー７３に照射する。
【００３４】
また、ビームスプリッタ７２は、基板２０からの反射光ＲＦＬ１と、リファレンスミラー７３からの反射光ＲＦＬ２とを受ける。そして、ビームスプリッタ７２は、反射光ＲＦＬ１と反射光ＲＦＬ２との干渉光ＩＴＦ１をバンドパスフィルタ７４へ導く。
【００３５】
リファレンスミラー７３は、ビームスプリッタ７２からのレーザ光ＬＢ２を反射する。バンドパスフィルタ７４は、加熱器４を構成する複数のランプから出射された光の基板２０による反射光を除去するとともに、ビームスプリッタ７２からの干渉光ＩＴＦ１をレンズ７５へ透過させる。
【００３６】
レンズ７５は、バンドパスフィルタ７４を透過した干渉光ＩＴＦ１を拡大し、その拡大した干渉光ＩＴＦ１をハーフミラー７６を介してフォトダイオード７７に照射する。
【００３７】
ハーフミラー７６は、レンズ７５からの干渉光ＩＴＦ１の半分をフォトダイオード７７へ透過するとともに、干渉光ＩＴＦ１の半分を反射ミラー７８へ反射する。
【００３８】
フォトダイオード７７は、干渉光ＩＴＦ１を受け、その受けた干渉光ＩＴＦ１を電気信号に変換する。そして、フォトダイオード７７は、その変換した電気信号を干渉信号ＩＴＦＳ１として解析装置８へ出力する。
【００３９】
反射ミラー７８は、ハーフミラー７６からの干渉光ＩＴＦ１を解析装置８の方向へ反射する。
【００４０】
このように、干渉検出装置７は、マイケルソン干渉計を用いて干渉光ＩＴＦ１を検出する。
【００４１】
解析装置８は、干渉信号ＩＴＦＳ１をフォトダイオード７７から受け、その受けた干渉信号ＩＴＦＳ１に基づいて、後述する方法によって、基板２０上に堆積された単結晶半導体膜の成長速度を検出する。また、解析装置８は、反射ミラー７８から受けた干渉光ＩＴＦ１に基づいて、後述する方法によって、基板２０上に堆積された単結晶半導体膜の凹凸度を検出する。そして、解析装置８は、その検出した成長速度および凹凸度を制御装置９へ出力する。
【００４２】
制御装置９は、成長速度および凹凸度を解析装置８から受ける。そして、制御装置９は、その受けた成長速度に基づいて、基板２０上に堆積される単結晶半導体膜において所望の成長速度が得られる目標温度に基板２０を加熱するように加熱器４を制御する。また、制御装置９は、その受けた凹凸度に基づいて、基板２０上に堆積される単結晶半導体膜において所望の凹凸度が得られる目標温度に基板２０を加熱するように加熱器４を制御する。
【００４３】
半導体製造装置１０は、たとえば、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって単結晶シリコン（Ｓｉ）膜を基板２０上に製造する。この場合、基板２０は、たとえば、（１００）面および８〜１２Ωｃｍの比抵抗を有するｐ型単結晶Ｓｉウェハからなる。そして、加熱器４は、ランプ加熱によって基板２０を１０００℃以上に加熱する。また、ガス供給装置５は、たとえば、シラン（ＳｉＨ４）ガスおよび水素（Ｈ２）ガスを反応容器１内に供給する。
【００４４】
単結晶Ｓｉ膜を製造するときの反応条件は、次のとおりである。ＳｉＨ４ガスの流量は、５０〜３００ｓｃｃｍであり、Ｈ２ガスの流量は、５０〜２００ｓｃｃｍであり、基板温度は、１０００℃であり、反応圧力は、１３．３〜１３３０Ｐａである。
【００４５】
次に、この発明の実施の形態による成長速度の測定方法について説明する。図２は、成長速度の測定方法を説明するための図である。また、図３は、干渉信号の概念図である。
【００４６】
ビームスプリッタ７２はレーザ光ＬＢ１を基板２０上に堆積された単結晶Ｓｉ膜３０の表面に照射し、レーザ光ＬＢ２をリファレンスミラー７３に照射する。
【００４７】
そうすると、レーザ光ＬＢ１は、単結晶Ｓｉ膜３０の表面によって反射され、反射光ＲＦＬ１がビームスプリッタ７２へ入射する。この場合、基板２０は、１０００℃に加熱されており、単結晶Ｓｉ膜３０の温度も１０００℃になっている。その結果、１０００℃に加熱されたＳｉは、殆ど、金属と同じであり、レーザ光ＬＢ１は、単結晶Ｓｉ膜３０中へ入射することなく、ほぼ、１００％、単結晶Ｓｉ膜３０の表面で反射される。
【００４８】
一方、レーザ光ＬＢ２は、リファレンスミラー７３によって反射され、反射光ＲＦＬ２がビームスプリッタ７２へ入射する。
【００４９】
そして、反射光ＲＦＬ１は、反射光ＲＦＬ２と干渉する。この場合、ビームスプリッタ７２と単結晶Ｓｉ膜３０との距離をＬ１とし、ビームスプリッタ７２とリファレンスミラー７３との距離をＬ２とすると、距離Ｌ１と距離Ｌ２との差ΔＬ＝｜Ｌ１−Ｌ２｜によって反射光ＲＦＬ１と反射光ＲＦＬ２とは、強め合ったり、弱め合ったりする。その結果、干渉光ＩＴＦ１は、その強度が変化し、図３に示す振動波形になる。
【００５０】
距離Ｌ１は、単結晶Ｓｉ膜３０の膜厚によって変化するため、単結晶Ｓｉ膜３０が堆積されていないときの距離Ｌ１（＝ビームスプリッタ７２と基板２０との距離）と、距離Ｌ２との差ΔＬに起因する干渉光ＩＴＦ１の光強度が始点ＳＴに来るように光学系を調整しておけば、距離Ｌ１が単結晶Ｓｉ膜３０の成長とともに変化し、図３に示す振動波形が得られる。
【００５１】
そして、レーザ光ＬＢ（＝ＬＢ１，ＬＢ２）の波長をλとすると、単結晶Ｓｉ膜３０の膜厚がλ／２だけ厚くなると、図３に示す振動波形が１周期分だけ振動する。したがって、振動波形が１周期分だけ振動する時間（すなわち、周期）Ｔを測定すれば、膜厚λ／２を時間Ｔで除算することによって成長速度が得られる。
【００５２】
実際には、振動波形が始点ＳＴから１周期分だけ振動する場合に限らず、任意のポイントから１周期分だけ振動するために要する時間Ｔを求め、その求めた時間Ｔで膜厚λ／２を除算して成長速度を求めてもよい。
【００５３】
そこで、時間Ｔを求める方法について説明する。図４は、振動波形の実測値とフィテッィング結果を示す図である。図４において、縦軸は、フォトダイオード７７の出力を表し、横軸は、時間を表す。また、実線は、実測値を示し、点線は、フィッティングの結果を示す。
【００５４】
振動波形は、一般的には、次式によって与えられる。
【００５５】
【数１】
【００５６】
式（１）において、Ｖは、フォトダイオード７７の出力電圧であり、Ｖ０は、オフセット電圧であり、Ａは、振動の振幅である。また、ｔは、時間であり、Ｔは、振動周期である。
【００５７】
更に、ｔ０は、オフセット時間である。より具体的には、ｔ０は、初期位相を合わせるための数値である。反射光ＲＦＬ１，ＲＦＬ２の振動が山、谷、もしくはそれ以外のどこから開始されるのかが解らないため、反射光ＲＦＬ１，ＲＦＬ２の振動が開始される位置は、測定系全体の光路長によって決定されるものである。たとえば、基板２０の接地位置が少しでもずれると、反射光ＲＦＬ１，ＲＦＬ２の振動が開始される位置は変動する。これを補正するための数値がｔ０である。そして、このｔ０は、リファレンスミラー７３の位置をピエゾ素子で精密制御することで初期位相を調整することができる。反応ガスを流す前の段階でリファレンスミラー７３を前後すれば、反射光ＲＦＬ２の強度が振動するので、常に初期位相（＝ｔ０）を０度または９０度に決定することが可能である。
【００５８】
半導体製造装置１０を用いて、同一の反応条件で単結晶Ｓｉ膜３０の成長を繰返し行なえば、Ｖ，Ｖ０，Ａは、概ね一定である。したがって、半導体製造装置１０を用いて、同一の反応条件で単結晶Ｓｉ膜３０の成長を繰返し行なうことによって、Ｖ，Ｖ０，Ａの数値を決定することができる。
【００５９】
その結果、反応ガスを流して単結晶Ｓｉ膜３０の成長が開始することにより変動するパラメータは、周期Ｔのみである。反射光ＲＦＬ１，ＲＦＬ２の強度の変動に合わせて周期Ｔを逐次最適化すれば、図４に示すように振動波形をフィッティングすることができ、その時点における成長速度ＧＲ（ｎｍ／ｍｉｎ）は、次式によって決定される。
【００６０】
【数２】
【００６１】
なお、式（２）における“３１６．４”は、レーザ光ＬＢの波長λ＝６３２．８ｎｍの２分の１に相当する数値である。
【００６２】
たとえば、図４に示す場合、周期Ｔは、１６．５（ｓ）であるので、成長速度ＧＲは、ＧＲ＝１１５１ｎｍ／ｍｉｎである。
【００６３】
したがって、上述した方法によって、単結晶Ｓｉ膜３０の成長中の各時点における成長速度を検出することができる。
【００６４】
図５は、干渉光を検出する実験結果を示す図である。また、図６は、図５に示す振動波形の一部の拡大図である。
【００６５】
干渉検出装置７において、基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）からの反射光ＲＦＬ１と、リファレンスミラー７３からの反射光ＲＦＬ２とを交互にスクリーン上に投影しながら両方の光路が一致するように光軸を調整した。この調整により、干渉光ＩＴＦ１の縞模様が観測された。
【００６６】
そして、この状態で、スクリーン上のスポット位置にフォトダイオード７７を設置し、単結晶Ｓｉ膜３０のエピタキシャル成長を模擬するために基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）をマイクロメーターで動かしつつ光強度の変化を測定した。
【００６７】
得られたフォトダイオード７７の出力が図５に示す波形である。図５を参照して、基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）を動かし始めた１．６（ｓ）付近から振動が観測され、１．８（ｓ）〜２．９（ｓ）の間における基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）の移動中には、多数の振動が観測され、さらに、基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）の移動が完了する２．９（ｓ）〜３．０（ｓ）付近でゆっくりとして振動が観測された。
【００６８】
２．１７（ｓ）付近の振動波形を拡大すると、図６に示すように、多数の振動が明瞭に観測されている。マイクロメーターの読みで５０５μｍだけ基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）を動かしたときの振動の数を計測すると、１６２２個であり、基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）の表面が３１１ｎｍ移動する毎に１階の振動を観測していることになる。
【００６９】
理想的には、３１６．４ｎｍで１振動となるので、１．７％の誤差で観測されたことになる。
【００７０】
上述した実験結果から干渉検出装置７において、反射光ＲＦＬ１と反射光ＲＦＬ２との干渉光ＩＴＦ１における振動波形を検出することができることが解った。
【００７１】
したがって、干渉検出装置７のフォトダイオード７７は、図６に示す振動波形を解析装置８へ出力する。そして、解析装置８は、フォトダイオード７７から受けた振動波形に基づいて、上述した方法によって成長速度ＧＲを求める。
【００７２】
図７は、基板２０からの反射光ＲＦＬ１のスポット位置をリファレンスミラー７３からの反射光ＲＦＬ２のスポット位置からずらせたときの干渉縞を示す図である。
【００７３】
なお、反射光ＲＦＬ１のスポット位置を反射光ＲＦＬ２のスポット位置からずらせるのは、基板２０をわずかに傾けることによって行なわれた。
【００７４】
図７を参照して、基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）からの反射光ＲＦＬ１のスポットがリファレンスミラー７３（Ａｌミラー）からの反射光ＲＦＬ２のスポットから左右にずれた場合、干渉縞（縦縞）の数が変化する（図７の（ｃ），（ｄ）参照）。
【００７５】
一方、反射光ＲＦＬ１のスポットがリファレンスミラー７３（Ａｌミラー）からの反射光ＲＦＬ２のスポットから上下にずれた場合、干渉縞の角度が変化する（図７の（ａ），（ｂ）参照）。
【００７６】
干渉縞が縦縞になるのは、レーザ光ＬＢ自身が偏光しているためである。レーザ光ＬＢ１のスポット（０．６５ｍｍ）内でＳｉウェハの表面が傾くと、それに応じて、干渉縞の向きや周期が変わることから、干渉縞の数の変化および干渉縞の角度の変化を検出することによってエピタキシャル成長の表面の傾き（＝表面の凹凸度）に関する情報を得ることができる。
【００７７】
したがって、解析装置８は、反射ミラー７８から受けた干渉光ＩＴＦ１の縦縞の個数および縦縞の角度を検出して単結晶Ｓｉ膜３０の表面の凹凸度を検出する。
【００７８】
図８は、図１に示す半導体製造装置１０における動作を説明するためのフローチャートである。
【００７９】
図８を参照して、一連の動作が開始されると、基板２０が反応容器１内の基板ホルダー３上に設置され、排気装置６は、反応容器１内を真空に引く。そして、反応容器１内の到達圧力が１０−１０Ｐａ程度になると、ガス供給装置５は、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを所望の流量だけ真空容器１内に供給する。また、制御装置９は、基板２０を１０００℃に加熱するように加熱器４を制御し、加熱器４は、制御装置９からの制御に従って基板２０を１０００℃に加熱する。これによって、単結晶Ｓｉ膜３０の成長が開始される（ステップＳ１）。
【００８０】
その後、マイケルソン干渉計からなる干渉検出装置７は、上述した方法によって干渉光ＩＴＦ１を検出し（ステップＳ２）、振動波形からなる干渉信号ＩＴＦＳ１を解析装置８へ出力する。
【００８１】
そして、解析装置８は、干渉信号ＩＴＦＳ１に基づいて、干渉信号ＩＴＦＳ１の振動波形にフィッティングされた振動波形を演算し、その演算した振動波形から振動の周期Ｔを検出する（ステップＳ３）。
【００８２】
その後、解析装置８は、その検出した周期Ｔによってλ／２を除算して成長速度ＧＲを検出する（ステップＳ４）。
【００８３】
そして、解析装置８は、成長速度ＧＲを制御装置９へ出力する。制御装置９は、解析装置８から成長速度ＧＲを受ける。そして、制御装置９は、単結晶Ｓｉ膜３０の成長開始からのトータル時間を計測しており、その計測したトータル時間と、解析装置８から受けた成長速度ＧＲとを用いて単結晶Ｓｉ膜３０の膜厚を演算する。
【００８４】
そうすると、制御装置９は、その演算した膜厚が所望の膜厚に達したか否かを判定することによって、所望の膜厚を有する単結晶Ｓｉ膜３０が成長したか否かを判定する（ステップＳ５）。
【００８５】
ステップＳ５において、所望の膜厚を有する単結晶Ｓｉ膜３０が成長していないと判定されたとき、制御装置９は、検出された成長速度が目標の成長速度に等しいか否かをさらに判定する（ステップＳ６）。
【００８６】
ステップＳ６において、検出された成長速度が目標の成長速度に等しいと判定されたとき、一連の動作は、ステップＳ２へ戻る。
【００８７】
一方、ステップＳ６において、検出された成長速度が目標の成長速度に等しくないと判定されたとき、制御装置９は、検出された成長速度が目標の成長速度よりも小さいか否かをさらに判定する（ステップＳ７）。
【００８８】
ステップＳ７において、検出された成長速度が目標の成長速度よりも小さくないと判定されたとき、制御装置９は、基板温度を低くするように加熱器４を制御し、加熱器４は、制御装置９からの制御に従って基板温度を低くする（ステップＳ８）。その後、一連の動作は、ステップＳ２へ戻る。
【００８９】
一方、ステップＳ７において、検出された成長速度が目標の成長速度よりも小さいと判定されたとき、制御装置９は、基板温度を高くするように加熱器４を制御し、加熱器４は、制御装置９からの制御に従って基板温度を高くする（ステップＳ９）。その後、一連の動作は、ステップＳ２へ戻る。
【００９０】
ステップＳ６において、検出された成長速度が目標の成長速度に等しいと判定されたとき、またはステップＳ８の後、またはステップＳ９の後、一連の動作は、ステップＳ２へ戻り、ステップＳ５において、所望の膜厚を有する単結晶Ｓｉ膜３０が成長したと判定されるまで、上述したステップＳ２〜ステップＳ９が繰り返し実行される。
【００９１】
そして、ステップＳ５において、所望の膜厚を有する単結晶Ｓｉ膜３０が成長したと判定されると、一連の動作が終了する。
【００９２】
なお、上記においては、検出された成長速度が目標の成長速度よりも大きいとき、基板温度を低くすると説明したが（ステップＳ８参照）、実施の形態１においては、これに限らず、検出された成長速度が目標の成長速度よりも大きいとき、反応容器１内へ供給されるＳｉＨ４ガスの流量を減少させてもよく、反応容器１内の圧力を低くしてもよく、ＳｉＨ４ガスの流量を減少させ、かつ、反応容器１内の圧力を低くしてもよく、一般的には、基板温度、ＳｉＨ４ガスの流量および反応容器１内の圧力の少なくとも１つを変えて成長速度が低下するようにしてもよい。
【００９３】
また、上記においては、検出された成長速度が目標の成長速度よりも小さいとき、基板温度を高くすると説明したが（ステップＳ９参照）、実施の形態１においては、これに限らず、検出された成長速度が目標の成長速度よりも小さいとき、反応容器１内へ供給されるＳｉＨ４ガスの流量を増加させてもよく、反応容器１内の圧力を高くしてもよく、ＳｉＨ４ガスの流量を増加させ、かつ、反応容器１内の圧力を高くしてもよく、一般的には、基板温度、ＳｉＨ４ガスの流量および反応容器１内の圧力の少なくとも１つを変えて成長速度が上昇するようにしてもよい。
【００９４】
なお、制御装置９は、ＳｉＨ４ガスの流量を変えるとき、ガス供給装置５を制御し、反応容器１内の圧力を変えるとき、排気装置６を制御する。
【００９５】
上述したように、この発明の実施の形態１においては、マイケルソン干渉計を用いて検出された干渉光ＩＴＦ１の振動波形にフィテッィングする振動波形を演算して振動波形の周期Ｔを演算し、１振動分に相当する膜厚λ／２を周期Ｔで除算して成長速度ＧＲを検出する。
【００９６】
したがって、この発明によれば、成膜中の成長速度をリアルタイムで精度良く検出できる。
【００９７】
また、この発明の実施の形態１においては、検出された成長速度ＧＲが目標の成長速度になるように単結晶Ｓｉ膜３０の結晶成長にフィードバックされる。
【００９８】
したがって、この発明によれば、成膜中の成長速度を目標の成長速度に設定できる。
【００９９】
図９は、図１に示す半導体製造装置１０における他の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１００】
図９を参照して、一連の動作が開始されると、図８に示すステップＳ１，Ｓ２と同じ動作が実行される（ステップＳ１１,Ｓ１２）。
【０１０１】
そして、ステップＳ１２の後、解析装置８は、干渉光ＩＴＦ１を干渉検出装置７の反射ミラー７８から受け、その受けた干渉光ＩＴＦ１の縞の数または縞の角度に基づいて、上述した方法によって単結晶Ｓｉ膜３０の凹凸度を検出し（ステップＳ１３）、その検出した凹凸度を制御装置９へ出力する。
【０１０２】
その後、制御装置９は、解析装置８から受けた凹凸度に基づいて、所望の凹凸度が得られたか否かを判定する（ステップＳ１４）。
【０１０３】
ステップＳ１４において、所望の凹凸度が得られなかったと判定されたとき、検出された凹凸度が所望の凹凸度以下であるか否かをさらに判定する（ステップＳ１５）。
【０１０４】
ステップＳ１５において、検出された凹凸度が所望の凹凸度以下であると判定されたとき、一連の動作は、ステップＳ１２へ戻る。
【０１０５】
一方、ステップＳ１５において、検出された凹凸度が所望の凹凸度以下でないと判定されたとき、制御装置９は、凹凸度が小さくなるようにＳｉＨ４ガスの流量、反応容器１内の圧力および基板温度等の反応条件を変化する（ステップＳ１６）。
【０１０６】
ステップＳ１５において、検出された凹凸度が所望の凹凸度以下であると判定されたとき、またはステップＳ１６の後、一連の動作は、ステップＳ１２へ戻り、ステップＳ１４において、所望の凹凸度が得られたと判定されるまで、上述したステップＳ１２〜ステップＳ１６が繰り返し実行される。
【０１０７】
そして、ステップＳ１４において、所望の凹凸度が得られたと判定されると、一連の動作は、終了する。
【０１０８】
このように、実施の形態１においては、マイケルソン干渉計を用いて検出された干渉光ＩＴＦ１の縞の数または縞の角度の変化によって単結晶Ｓｉ膜３０の凹凸度を検出し、その検出した凹凸度が所望の凹凸度になるように反応条件が変化される。
【０１０９】
したがって、この発明によれば、所望の凹凸度を有する単結晶Ｓｉ膜３０を製造できる。
【０１１０】
なお、実施の形態１においては、図８に示すフローチャートおよび図９に示すフローチャートに従って、単結晶Ｓｉ膜３０の成膜中における成長速度および凹凸度を検出し、その検出した成長速度が目標の成長速度になり、かつ、その検出した凹凸度が所望の凹凸度になるように制御して単結晶Ｓｉ膜３０を製造するようにしてもよい。
【０１１１】
また、図１に示す半導体製造装置１０は、１０００ｎｍ／ｍｉｎ以上の高速で単結晶Ｓｉ膜をエピタキシャル成長させる場合の成長速度の検出に好適であり、半導体製造装置１０を用いてエピタキシャル成長された単結晶Ｓｉ膜３０は、パワーＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を作製するために用いられる。
【０１１２】
パワーＭＯＳ用の単結晶Ｓｉ膜は、１００μｍ以上の膜厚が必要であり、コストを低減させるためには１０００ｎｍ／ｍｉｎ以上の成長速度でエピタキシャル成長させる必要がある。
【０１１３】
したがって、半導体製造装置１０を用いることによって、１０００ｎｍ／ｍｉｎ以上の成長速度をリアルタイムで精度良く検出するとともに、その検出した成長速度をフィードバックして目標の成長速度で単結晶Ｓｉ膜３０をエピタキシャル成長できる。
【０１１４】
したがって、この発明によれば、パワーＭＯＳ用の単結晶Ｓｉ膜を低コストで製造できる。
【０１１５】
図１０は、実施の形態１による他の半導体製造装置の構成図である。実施の形態１による半導体製造装置は、図１０に示す半導体製造装置１０Ａであってもよい。
【０１１６】
図１０を参照して、半導体製造装置１０Ａは、図１に示す半導体製造装置１０の干渉検出装置７を干渉検出装置７００，７１０，７２０に代えたものであり、その他は、半導体製造装置１０と同じである。
【０１１７】
干渉検出装置７００，７１０，７２０の各々は、図１に示す干渉検出装置７と同じ構成からなる。そして、干渉検出装置７００，７１０，７２０は、基板２０上に堆積された単結晶Ｓｉ膜３０の面内方向において相互に異なる位置にレーザ光を照射し、単結晶Ｓｉ膜３０の異なる位置における干渉信号および干渉光を検出し、その検出した干渉信号および干渉光を解析装置８へ出力する。
【０１１８】
半導体製造装置１０Ａにおいては、解析装置８は、干渉検出装置７００，７１０，７２０から複数の干渉信号を受け、その受けた複数の干渉信号の各々に基づいて、上述した方法によって成長速度ＧＲを検出し、単結晶Ｓｉ膜３０の面内方向における成長速度の分布を検出する。
【０１１９】
また、解析装置８は、干渉検出装置７００，７１０，７２０から複数の干渉光を受け、その受けた複数の干渉光の各々に基づいて、縞の数および縞の角度を検出し、単結晶Ｓｉ膜３０の面内方向における凹凸度の分布を検出する。
【０１２０】
そして、解析装置８は、その検出した成長速度の分布および凹凸度の分布を制御装置９へ出力する。
【０１２１】
制御装置９は、解析装置８から受けた成長速度の分布に基づいて、均一な膜厚を有する単結晶Ｓｉ膜が得られるようにＳｉＨ４ガスの流量、反応容器１内の圧力および基板温度等の反応条件を制御する。
【０１２２】
また、制御装置９は、解析装置８から受けた凹凸度の分布に基づいて、均一な凹凸度を有する単結晶Ｓｉ膜が得られるようにＳｉＨ４ガスの流量、反応容器１内の圧力および基板温度等の反応条件を制御する。
【０１２３】
なお、半導体製造装置１０Ａにおいては、干渉検出装置７００，７１０，７２０は、相互に異なる波長のレーザ光を用いて干渉光を検出してもよい。
【０１２４】
［実施の形態２］
図１１は、実施の形態２による半導体製造装置の構成図である。図１１を参照して、実施の形態２による半導体製造装置１０Ｂは、図１に示す半導体製造装置１０の解析装置８を解析装置８Ａに代え、モータ１１を追加したものであり、その他は、半導体製造装置１０と同じである。
【０１２５】
モータ１１は、モータ軸１１１を有し、モータ軸１１１は、基板ホルダー３に連結される。そして、モータ１１は、たとえば、１５００ｒｐｍで基板ホルダー３を回転させる。
【０１２６】
解析装置８Ａは、単結晶Ｓｉ膜が基板２０上に堆積される前に干渉検出装置７によって検出された干渉光ＩＴＦ２をフォトダイオード７７から受ける。その後、解析装置８Ａは、単結晶Ｓｉ膜３０が基板２０上に堆積され始めた後に干渉検出装置７によって検出された干渉光ＩＴＦ３をフォトダイオード７７から受ける。
【０１２７】
そして、解析装置８Ａは、干渉光ＩＴＦ２，ＩＴＦ３をそれぞれフーリエ変換して信号ＩＴＦ２＿Ｆ，ＩＴＦ３＿Ｆを得る。その後、解析装置８Ａは、信号ＩＴＦ３＿Ｆから信号ＩＴＦ２＿Ｆを減算して信号ΔＩＴＦ＿Ｆを得る。
【０１２８】
そうすると、解析装置８Ａは、信号ΔＩＴＦ＿Ｆを逆フーリエ変換して干渉光ΔＩＴＦを求め、その求めた干渉光ΔＩＴＦの振動波形に基づいて、実施の形態１における方法と同じ方法によって成長速度ＧＲを検出する。
【０１２９】
干渉光ＩＴＦ２は、排気装置６を構成するターボ分子ポンプおよびロータリーポンプの振動成分を含む干渉光である。
【０１３０】
また、干渉光ＩＴＦ３は、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプの振動成分と、単結晶Ｓｉ膜の膜厚変化による振動成分とを含む干渉光である。
【０１３１】
そして、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプの振動成分は、単結晶Ｓｉ膜３０の膜厚変化による振動成分よりも遥かに高い周波数成分を有する。
【０１３２】
したがって、干渉光ＩＴＦ２，ＩＴＦ３をそれぞれ周波数領域の信号ＩＴＦ２＿Ｆ，ＩＴＦ３＿Ｆに変換し、その変換した信号ＩＴＦ３＿Ｆから信号ＩＴＦ２＿Ｆを減算することによって、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプの振動成分を除去した干渉光ΔＩＴＦを得ることができる。
【０１３３】
このように、半導体製造装置１０Ｂは、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプの振動成分を除去して単結晶Ｓｉ膜３０の成長速度ＧＲを検出することを特徴とする。
【０１３４】
図１２は、図１１に示す半導体製造装置１０Ｂにおける動作を説明するためのフローチャートである。
【０１３５】
図１２に示すフローチャートは、図８に示すフローチャートのステップＳ１，Ｓ２をステップＳ２１〜Ｓ２５に代えたものであり、その他は、図８に示すフローチャートと同じである。
【０１３６】
図１２を参照して、一連の動作が開始されると、基板２０が反応容器１内の基板ホルダー３上に設置され、排気装置６は、反応容器１内を真空に引く。そして、反応容器１内の到達圧力が１０−１０Ｐａ程度になると、モータ１１は、基板ホルダー３を１５００ｒｐｍで回転する。これによって、基板２０が回転される（ステップＳ２１）。
【０１３７】
そして、マイケルソン干渉計からなる干渉検出装置７は、上述した方法によって干渉光１（＝ＩＴＦ２）を検出し（ステップＳ２２）、振動波形からなる干渉信号ＩＴＦＳ２を解析装置８Ａへ出力する。
【０１３８】
その後、ガス供給装置５は、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを所望の流量だけ真空容器１内に供給する。また、制御装置９は、基板２０を１０００℃に加熱するように加熱器４を制御し、加熱器４は、制御装置９からの制御に従って基板２０を１０００℃に加熱する。これによって、単結晶Ｓｉ膜３０の成長が開始される（ステップＳ２３）。
【０１３９】
そして、マイケルソン干渉計からなる干渉検出装置７は、上述した方法によって干渉光２（＝ＩＴＦ３）を検出し（ステップＳ２４）、振動波形からなる干渉信号ＩＴＦＳ３を解析装置８Ａへ出力する。
【０１４０】
そうすると、解析装置８Ａは、干渉光１（＝ＩＴＦ２）をフーリエ変換して信号１＿Ｆ（＝ＩＴＦ２＿Ｆ）を求め、干渉光２（＝ＩＴＦ３）をフーリエ変換して信号２＿Ｆ（＝ＩＴＦ３＿Ｆ）を求める。そして、解析装置８Ａは、信号２＿Ｆ（＝ＩＴＦ３＿Ｆ）から信号１＿Ｆ（＝ＩＴＦ２＿Ｆ）を減算し、その減算結果（＝ΔＩＴＦ＿Ｆ）を逆フーリエ変換して干渉光ΔＩＴＦを検出する（ステップＳ２５）。
【０１４１】
その後、上述したステップＳ３〜ステップＳ９が実行される。この場合、解析装置８Ａは、ステップＳ３において、干渉光ΔＩＴＦに基づいて、上述した方法によって成長速度ＧＲを検出する。
【０１４２】
また、ステップＳ６において、検出された成長速度が目標の成長速度に等しいと判定されたとき、またはステップＳ８の後またはステップＳ９の後、一連の動作は、ステップＳ２４へ戻る。
【０１４３】
このように、実施の形態２においては、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプの振動成分を除去した振動波形に基づいて単結晶Ｓｉ膜３０の成長速度を検出する。
【０１４４】
したがって、この発明によれば、より精度良く成長速度を検出できる。
【０１４５】
なお、半導体製造装置１０Ｂは、図９に示すフローチャートに従って単結晶Ｓｉ膜３０の凹凸度を検出し、その検出した凹凸度に基づいて所望の凹凸度を有する単結晶Ｓｉ膜３０を製造する。
【０１４６】
図１３は、実施の形態２による他の半導体製造装置の構成図である。実施の形態２による半導体製造装置は、図１３に示す半導体製造装置１０Ｃであってもよい。
【０１４７】
図１３を参照して、半導体製造装置１０Ｃは、図１１に示す半導体製造装置１０Ｂの干渉検出装置７を干渉検出装置７００，７１０，７２０に代えたものであり、その他は、半導体製造装置１０Ｂと同じである。
【０１４８】
干渉検出装置７００，７１０，７２０については、実施の形態１において説明したとおりである。
【０１４９】
そして、干渉検出装置７００，７１０，７２０は、単結晶Ｓｉ膜３０の平面方向における異なる位置の干渉光および干渉信号を検出して解析装置８Ａへ出力する。解析装置８Ａは、干渉検出装置７００，７１０，７２０から複数の干渉信号を受け、その受けた複数の干渉信号の各々に基づいて、上述した方法によって、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプの振動成分を除去して成長速度ＧＲを検出し、単結晶Ｓｉ膜３０の面内方向における成長速度の分布を検出する。
【０１５０】
また、解析装置８Ａは、干渉検出装置７００，７１０，７２０から複数の干渉光を受け、その受けた複数の干渉光の各々に基づいて、縞の数および縞の角度を検出し、単結晶Ｓｉ膜３０の面内方向における凹凸度の分布を検出する。
【０１５１】
そして、解析装置８Ａは、その検出した成長速度の分布および凹凸度の分布を制御装置９へ出力する。
【０１５２】
制御装置９は、解析装置８Ａから受けた成長速度の分布に基づいて、均一な膜厚を有する単結晶Ｓｉ膜が得られるようにＳｉＨ４ガスの流量、反応容器１内の圧力および基板温度等の反応条件を制御する。
【０１５３】
また、制御装置９は、解析装置８Ａから受けた凹凸度の分布に基づいて、均一な凹凸度を有する単結晶Ｓｉ膜が得られるようにＳｉＨ４ガスの流量、反応容器１内の圧力および基板温度等の反応条件を制御する。
【０１５４】
なお、半導体製造装置１０Ｃにおいては、干渉検出装置７００，７１０，７２０は、相互に異なる波長のレーザ光を用いて干渉光を検出してもよい。
【０１５５】
また、上記においては、１周期分の振動が生じるに要する時間である周期Ｔを式（１）を用いて決定し、その決定した周期Ｔによってλ／２の膜厚を除算することによって成長速度ＧＲを検出したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、単結晶Ｓｉ膜３０がｍλ／２（ｍは正の実数）の膜厚だけ成長するのに要する時間を求め、その求めた時間によってｍλ／２の膜厚を除算して成長速度ＧＲを検出するようにしてもよい。
【０１５６】
さらに、振動波形がｍ×周期だけ振動するときの時間を求め、その求めた時間によってｍλ／２の膜厚を除算して成長速度ＧＲを検出するようにしてもよい。
【０１５７】
さらに、上記においては、検出した干渉光の振動波形にフィッティングする振動波形を求め、その求めた振動波形における周期Ｔを検出して成長速度を検出したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、検出した干渉光の振動波形にフィッティングする振動波形を求める方法以外の方法によって振動波形がｍ×周期Ｔだけ振動するのに要する時間を求め、その求めた時間を用いて成長速度を検出するようにしてもよい。つまり、振動波形がｍ×周期Ｔだけ振動するのに要する時間を求める方法は、どのような方法であってもよい。
【０１５８】
さらに、上記においては、加熱器４を複数のランプによって構成すると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、加熱器４は、ヒーターによって構成されていてもよい。この場合、ヒーターは、基板ホルダー３の内部に配置される。
【０１５９】
さらに、上記においては、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを用いて単結晶Ｓｉ膜３０をエピタキシャル成長させると説明したが、この発明の実施の形態においては、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスおよびＨ２ガス、ＳｉＨＣｌ３ガスおよびＨ２ガス、およびＳｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスのいずれかを用いて単結晶Ｓｉ膜３０をエピタキシャル成長させてもよい。
【０１６０】
さらに、上記においては、単結晶Ｓｉ膜３０をエピタキシャル成長させる場合の成長速度の検出について説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、単結晶Ｇｅ膜をエピタキシャル成長させる場合の成長速度を上述した方法によって検出するようにしてもよい。
【０１６１】
さらに、上記においては、熱ＣＶＤ法によって単結晶Ｓｉ膜３０をエピタキシャル成長させる場合の成長速度の検出について説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、プラズマＣＶＤ法を用いて単結晶Ｓｉ膜３０、単結晶Ｇｅ膜、多結晶Ｓｉ膜および多結晶Ｇｅ膜等の半導体膜を成長させる場合の成長速度を上述した方法によって検出するようにしてもよい。この場合、干渉検出装置７，７００，７１０，７２０の各々は、プラズマからの発光成分を除去するフィルタを含む。
【０１６２】
さらに、上記においては、干渉検出装置７，７００，７１０，７２０におけるレーザ光の波長は、６３２．８ｎｍであると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、干渉検出装置７，７００，７１０，７２０は、６３２．８ｎｍ以外の波長を出射するレーザ７１を備えていてもよい。
【０１６３】
さらに、この発明の実施の形態においては、干渉検出装置７，７００，７１０，７２０の各々は、成長速度が相対的に速いときは、相対的に波長の長いレーザ光を用いて干渉光を検出し、成長速度が相対的に遅いときは、相対的に波長の短いレーザ光を用いて干渉光を検出するようにしてもよい。
【０１６４】
この発明の実施の形態においては、成長速度を検出する解析装置８，８Ａは、「成長速度検出器」を構成する。
【０１６５】
また、この発明の実施の形態においては、凹凸度を検出する解析装置８，８Ａは、「凹凸度検出器」を構成する。
【０１６６】
さらに、この発明の実施の形態においては、基板ホルダー３は、「基板保持部材」を構成する。
【０１６７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
この発明は、成膜中の成長速度をリアルタイムで精度良く検出可能な半導体製造装置に適用される。
【符号の説明】
【０１６９】
１ 反応容器、２ 窓、３ 基板ホルダー、４ 加熱器、５ ガス供給装置、６ 排気装置、７ 干渉検出装置、８ 解析装置、９ 制御装置、１０ 半導体製造装置、７１ レーザ、７２ ビームスプリッタ、７３ リファレンスミラー、７４ バンドバスフィルタ、７５ レンズ、７６ ハーフミラー、７７ フォトダイオード、７８ 反射ミラー。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体製造装置に関し、特に、半導体膜の成長速度を測定しながら半導体膜を製造する半導体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、成膜中の膜厚またはエッチング中のエッチング深さを測定する測定方法が知られている（特許文献１）。
【０００３】
この測定方法は、マイケルソン干渉計を用いて半導体基板の第１の表面からの反射波とリファレンスミラーからの反射波との干渉によって生じる第１の干渉波を検出し、その後、第１の表面をエッチングして得られる半導体基板の第２の表面からの反射波とリファレンスミラーからの反射波との干渉によって生じる第２の干渉波を検出し、第１の干渉波と第２の干渉波との位相差を電圧値に変換し、その変換した電圧値をリファレンスミラーに接続された圧電素子に印加してリファレンスミラーを変位させ、そのリファレンスミラーの変位量をエッチング深さとして検出するものである。
【０００４】
また、特許文献１には、上述した測定方法を用いて成膜中の膜厚を測定することも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３３５５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の測定方法は、圧電素子によるリファレンスミラーの変位量をエッチング深さまたは膜厚として検出するため、その検出したエッチング深さまたは膜厚が圧電素子の変位精度によって律則され、エッチング深さまたは膜厚を高精度に測定することが困難である。また、特許文献１には、エッチングするときのエッチング時間を正確に計測する方法、または成膜するときの成膜時間を正確に計測する方法が開示されていないため、成長速度を精度良く求めるのは困難であるという問題がある。
【０００７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、成膜中の成長速度をリアルタイムで精度良く検出可能な半導体製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、半導体製造装置は、反応容器と、基板保持部材と、加熱器と、ガス供給装置と、排気装置と、干渉検出装置と、成長速度検出器とを備える。基板保持部材は、反応容器の内部に設置され、基板を保持する。加熱器は、基板を加熱する。ガス供給装置は、反応容器内に材料ガスを供給する。排気装置は、反応容器内に供給された材料ガスを排気し、反応容器内の圧力を所望の圧力に設定する。干渉検出装置は、λの波長を有するレーザ光を基準面と基板上に堆積された半導体膜とに略垂直に照射し、半導体膜の表面からのレーザ光の第１の反射光とレーザ光の基準面からの第２の反射光との干渉による第１の干渉信号を検出する。成長速度検出器は、第１の干渉信号に基づいて、半導体膜がｍλ／２（ｍは正の実数）の膜厚だけ成長するのに要する時間を計測し、その計測した時間によってｍλ／２の膜厚を除算して半導体膜の成長速度を検出する。
【０００９】
好ましくは、成長速度検出器は、干渉検出装置によって検出された第１の干渉信号にフィテッィングされた振動波形を演算し、その演算した振動波形がｍ×周期だけ振動するときの時間を求め、その求めた時間によってｍλ／２の膜厚を除算して半導体膜の成長速度を検出する。
【００１０】
好ましくは、半導体製造装置は、回転器をさらに備える。回転器は、基板保持部材を回転する。干渉検出装置は、基板の表面からの第３の反射光と第２の反射光との干渉による第２の干渉信号と、第１の干渉信号とを検出する。成長速度検出器は、第１の干渉信号をフーリエ変換した信号から第２の干渉信号をフーリエ変換した信号を減算し、その減算結果を逆フーリエ変換するとともに、逆フーリエ変換して得られた信号に基づいて、半導体膜がｍλ／２の膜厚だけ成長するのに要する時間を計測し、その計測した時間によってｍλ／２の膜厚を除算して半導体膜の成長速度を検出する。
【００１１】
好ましくは、半導体製造装置は、凹凸度検出器をさらに備える。凹凸度検出器は、第１の干渉信号の干渉縞の方向および干渉縞の数に基づいて半導体膜の表面の凹凸度を検出する。
【００１２】
好ましくは、加熱器は、各々が基板を加熱する複数のランプからなる。干渉検出装置は、複数のランプの隙間を介してレーザ光を半導体膜に照射する。
【００１３】
好ましくは、干渉検出装置は、複数のランプから出射され、半導体膜の表面で反射された光を除去し、第１および第２の反射光を通過させるフィルタを含む。
【００１４】
好ましくは、基板は、単結晶Ｓｉ基板からなり、半導体膜は、単結晶Ｓｉからなる。加熱器は、基板を１０００℃以上に加熱する。
【００１５】
好ましくは、干渉検出装置は、半導体膜の面内方向において複数の位置に複数のレーザ光を照射するとともに、複数の第１の干渉信号を検出する。成長速度検出器は、複数の第１の干渉信号の各々に基づいて、成長速度検出処理を実行し、複数の位置における複数の成長速度を検出する。
【００１６】
好ましくは、加熱器は、成長速度検出器によって検出された成長速度に基づいて基板を加熱するときの目標温度を決定し、その決定した目標温度に基板を加熱する。
【発明の効果】
【００１７】
この発明による半導体製造装置においては、マイケルソン干渉計を用いて干渉信号を検出し、その検出した干渉信号に基づいて、半導体膜がｍλ／２の膜厚だけ成長するのに要する時間を求め、その求めた時間によってｍλ／２の膜厚を除算して成長速度を検出する。そして、ｍλ／２の膜厚だけ成長するのに要する時間は、干渉信号の振動波形の周期をｍ倍することによって求められる。また、干渉信号の検出は、半導体膜の成膜中においても随時行なわれる。
【００１８】
したがって、この発明によれば、成膜中の成長速度をリアルタイムで精度良く検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体製造装置の構成図である。
【図２】成長速度の測定方法を説明するための図である。
【図３】干渉信号の概念図である。
【図４】振動波形の実測値とフィテッィング結果を示す図である。
【図５】干渉光を検出する実験結果を示す図である。
【図６】図５に示す振動波形の一部の拡大図である。
【図７】基板からの反射光のスポット位置をリファレンスミラーからの反射光のスポット位置からずらせたときの干渉縞を示す図である。
【図８】図１に示す半導体製造装置における動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】図１に示す半導体製造装置における他の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】実施の形態１による他の半導体製造装置の構成図である。
【図１１】実施の形態２による半導体製造装置の構成図である。
【図１２】図１１に示す半導体製造装置における動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】実施の形態２による他の半導体製造装置の構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２１】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による半導体製造装置の構成図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１による半導体製造装置１０は、反応容器１と、窓２と、基板ホルダー３と、加熱器４と、ガス供給装置５と、排気装置６と、干渉検出装置７と、解析装置８と、制御装置９とを備える。
【００２２】
反応容器１は、略直方体の外形を有するとともに、略四角形の平面形状を有する。窓２は、反応容器１の天井１Ａの一部に埋め込まれており、たとえば、石英からなる。
【００２３】
基板ホルダー３は、略円筒形状からなり、反応容器１の底面１Ｂ上に設置される。加熱器４は、たとえば、複数のランプからなり、反応容器１の外側において窓２に沿って配置される。ガス供給装置５は、反応容器１のガス供給口１Ｃに接続される。排気装置６は、反応容器１の排気口１Ｄに接続される。
【００２４】
干渉検出装置７は、窓２の上側に配置される。そして、干渉検出装置７は、レーザ７１と、ビームスプリッタ７２と、リファレンスミラー７３と、バンドパスフィルタ７４と、レンズ７５と、ハーフミラー７６と、フォトダイオード７７と、反射ミラー７８とを含む。
【００２５】
レーザ７１は、窓２の上側に配置される。ビームスプリッタ７２は、レーザ７１と窓２との間に配置される。リファレンスミラー７３は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）のミラー面を有し、ビームスプリッタ７２の横方向に配置される。
【００２６】
バンドパスフィルタ７４、レンズ７５、ハーフミラー７６およびフォトダイオード７７は、ビームスプリッタ７２を中心にしてリファレンスミラー７３の反対側にバンドパスフィルタ７４、レンズ７５、ハーフミラー７６およびフォトダイオード７７の順で配置される。反射ミラー７８は、ハーフミラー７６と解析装置８との間に配置される。
【００２７】
解析装置８は、干渉検出装置７のフォトダイオード７７に接続されるとともに、反射ミラー７８からの光を受ける。
【００２８】
窓２は、レーザ７１から出射されたレーザ光ＬＢを基板ホルダー３上に設置された基板２０の方向へ透過させるとともに、基板２０の表面で反射された反射光ＲＦＬ１をビームスプリッタ７２へ透過させる。また、窓２は、加熱器４（＝複数のランプ）からの光を基板２０へ透過させる。
【００２９】
基板ホルダー３は、基板２０を保持する。加熱器４は、制御装置９からの制御に従って窓２を介して基板２０を目標温度に加熱する。ガス供給装置５は、材料ガスをガス供給口１Ｃから反応容器１内へ供給する。
【００３０】
排気装置６は、たとえば、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプからなり、排気口１Ｄを介して反応容器１内のガスを排気する。
【００３１】
干渉検出装置７は、マイケルソン干渉計の原理を用いて基板２０の表面からの反射光ＲＦＬ１と、リファレンスミラー７３からの反射光ＲＦＬ２との干渉光ＩＴＦ１を検出する。
【００３２】
より具体的には、レーザ７１は、たとえば、Ｈｅ−Ｎｅレーザからなり、波長６３２．８ｎｍのレーザ光ＬＢをビームスプリッタ７２へ出射する。この場合、レーザ光ＬＢの出力パワーは、１０．０ｍＷであり、ビーム径は、０．６５ｍｍ［１／ｅ２］であり、ビームの広がり全角は、１．２４ｍｒａｄであり、偏光比は、１：５００である。
【００３３】
ビームスプリッタ７２は、レーザ７１からのレーザ光ＬＢを２つのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２に分割し、その分割したレーザ光ＬＢ１を窓２を介して基板２０に照射し、レーザ光ＬＢ２をリファレンスミラー７３に照射する。
【００３４】
また、ビームスプリッタ７２は、基板２０からの反射光ＲＦＬ１と、リファレンスミラー７３からの反射光ＲＦＬ２とを受ける。そして、ビームスプリッタ７２は、反射光ＲＦＬ１と反射光ＲＦＬ２との干渉光ＩＴＦ１をバンドパスフィルタ７４へ導く。
【００３５】
リファレンスミラー７３は、ビームスプリッタ７２からのレーザ光ＬＢ２を反射する。バンドパスフィルタ７４は、加熱器４を構成する複数のランプから出射された光の基板２０による反射光を除去するとともに、ビームスプリッタ７２からの干渉光ＩＴＦ１をレンズ７５へ透過させる。
【００３６】
レンズ７５は、バンドパスフィルタ７４を透過した干渉光ＩＴＦ１を拡大し、その拡大した干渉光ＩＴＦ１をハーフミラー７６を介してフォトダイオード７７に照射する。
【００３７】
ハーフミラー７６は、レンズ７５からの干渉光ＩＴＦ１の半分をフォトダイオード７７へ透過するとともに、干渉光ＩＴＦ１の半分を反射ミラー７８へ反射する。
【００３８】
フォトダイオード７７は、干渉光ＩＴＦ１を受け、その受けた干渉光ＩＴＦ１を電気信号に変換する。そして、フォトダイオード７７は、その変換した電気信号を干渉信号ＩＴＦＳ１として解析装置８へ出力する。
【００３９】
反射ミラー７８は、ハーフミラー７６からの干渉光ＩＴＦ１を解析装置８の方向へ反射する。
【００４０】
このように、干渉検出装置７は、マイケルソン干渉計を用いて干渉光ＩＴＦ１を検出する。
【００４１】
解析装置８は、干渉信号ＩＴＦＳ１をフォトダイオード７７から受け、その受けた干渉信号ＩＴＦＳ１に基づいて、後述する方法によって、基板２０上に堆積された単結晶半導体膜の成長速度を検出する。また、解析装置８は、反射ミラー７８から受けた干渉光ＩＴＦ１に基づいて、後述する方法によって、基板２０上に堆積された単結晶半導体膜の凹凸度を検出する。そして、解析装置８は、その検出した成長速度および凹凸度を制御装置９へ出力する。
【００４２】
制御装置９は、成長速度および凹凸度を解析装置８から受ける。そして、制御装置９は、その受けた成長速度に基づいて、基板２０上に堆積される単結晶半導体膜において所望の成長速度が得られる目標温度に基板２０を加熱するように加熱器４を制御する。また、制御装置９は、その受けた凹凸度に基づいて、基板２０上に堆積される単結晶半導体膜において所望の凹凸度が得られる目標温度に基板２０を加熱するように加熱器４を制御する。
【００４３】
半導体製造装置１０は、たとえば、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって単結晶シリコン（Ｓｉ）膜を基板２０上に製造する。この場合、基板２０は、たとえば、（１００）面および８〜１２Ωｃｍの比抵抗を有するｐ型単結晶Ｓｉウェハからなる。そして、加熱器４は、ランプ加熱によって基板２０を１０００℃以上に加熱する。また、ガス供給装置５は、たとえば、シラン（ＳｉＨ４）ガスおよび水素（Ｈ２）ガスを反応容器１内に供給する。
【００４４】
単結晶Ｓｉ膜を製造するときの反応条件は、次のとおりである。ＳｉＨ４ガスの流量は、５０〜３００ｓｃｃｍであり、Ｈ２ガスの流量は、５０〜２００ｓｃｃｍであり、基板温度は、１０００℃であり、反応圧力は、１３．３〜１３３０Ｐａである。
【００４５】
次に、この発明の実施の形態による成長速度の測定方法について説明する。図２は、成長速度の測定方法を説明するための図である。また、図３は、干渉信号の概念図である。
【００４６】
ビームスプリッタ７２はレーザ光ＬＢ１を基板２０上に堆積された単結晶Ｓｉ膜３０の表面に照射し、レーザ光ＬＢ２をリファレンスミラー７３に照射する。
【００４７】
そうすると、レーザ光ＬＢ１は、単結晶Ｓｉ膜３０の表面によって反射され、反射光ＲＦＬ１がビームスプリッタ７２へ入射する。この場合、基板２０は、１０００℃に加熱されており、単結晶Ｓｉ膜３０の温度も１０００℃になっている。その結果、１０００℃に加熱されたＳｉは、殆ど、金属と同じであり、レーザ光ＬＢ１は、単結晶Ｓｉ膜３０中へ入射することなく、ほぼ、１００％、単結晶Ｓｉ膜３０の表面で反射される。
【００４８】
一方、レーザ光ＬＢ２は、リファレンスミラー７３によって反射され、反射光ＲＦＬ２がビームスプリッタ７２へ入射する。
【００４９】
そして、反射光ＲＦＬ１は、反射光ＲＦＬ２と干渉する。この場合、ビームスプリッタ７２と単結晶Ｓｉ膜３０との距離をＬ１とし、ビームスプリッタ７２とリファレンスミラー７３との距離をＬ２とすると、距離Ｌ１と距離Ｌ２との差ΔＬ＝｜Ｌ１−Ｌ２｜によって反射光ＲＦＬ１と反射光ＲＦＬ２とは、強め合ったり、弱め合ったりする。その結果、干渉光ＩＴＦ１は、その強度が変化し、図３に示す振動波形になる。
【００５０】
距離Ｌ１は、単結晶Ｓｉ膜３０の膜厚によって変化するため、単結晶Ｓｉ膜３０が堆積されていないときの距離Ｌ１（＝ビームスプリッタ７２と基板２０との距離）と、距離Ｌ２との差ΔＬに起因する干渉光ＩＴＦ１の光強度が始点ＳＴに来るように光学系を調整しておけば、距離Ｌ１が単結晶Ｓｉ膜３０の成長とともに変化し、図３に示す振動波形が得られる。
【００５１】
そして、レーザ光ＬＢ（＝ＬＢ１，ＬＢ２）の波長をλとすると、単結晶Ｓｉ膜３０の膜厚がλ／２だけ厚くなると、図３に示す振動波形が１周期分だけ振動する。したがって、振動波形が１周期分だけ振動する時間（すなわち、周期）Ｔを測定すれば、膜厚λ／２を時間Ｔで除算することによって成長速度が得られる。
【００５２】
実際には、振動波形が始点ＳＴから１周期分だけ振動する場合に限らず、任意のポイントから１周期分だけ振動するために要する時間Ｔを求め、その求めた時間Ｔで膜厚λ／２を除算して成長速度を求めてもよい。
【００５３】
そこで、時間Ｔを求める方法について説明する。図４は、振動波形の実測値とフィテッィング結果を示す図である。図４において、縦軸は、フォトダイオード７７の出力を表し、横軸は、時間を表す。また、実線は、実測値を示し、点線は、フィッティングの結果を示す。
【００５４】
振動波形は、一般的には、次式によって与えられる。
【００５５】
【数１】
【００５６】
式（１）において、Ｖは、フォトダイオード７７の出力電圧であり、Ｖ０は、オフセット電圧であり、Ａは、振動の振幅である。また、ｔは、時間であり、Ｔは、振動周期である。
【００５７】
更に、ｔ０は、オフセット時間である。より具体的には、ｔ０は、初期位相を合わせるための数値である。反射光ＲＦＬ１，ＲＦＬ２の振動が山、谷、もしくはそれ以外のどこから開始されるのかが解らないため、反射光ＲＦＬ１，ＲＦＬ２の振動が開始される位置は、測定系全体の光路長によって決定されるものである。たとえば、基板２０の接地位置が少しでもずれると、反射光ＲＦＬ１，ＲＦＬ２の振動が開始される位置は変動する。これを補正するための数値がｔ０である。そして、このｔ０は、リファレンスミラー７３の位置をピエゾ素子で精密制御することで初期位相を調整することができる。反応ガスを流す前の段階でリファレンスミラー７３を前後すれば、反射光ＲＦＬ２の強度が振動するので、常に初期位相（＝ｔ０）を０度または９０度に決定することが可能である。
【００５８】
半導体製造装置１０を用いて、同一の反応条件で単結晶Ｓｉ膜３０の成長を繰返し行なえば、Ｖ，Ｖ０，Ａは、概ね一定である。したがって、半導体製造装置１０を用いて、同一の反応条件で単結晶Ｓｉ膜３０の成長を繰返し行なうことによって、Ｖ，Ｖ０，Ａの数値を決定することができる。
【００５９】
その結果、反応ガスを流して単結晶Ｓｉ膜３０の成長が開始することにより変動するパラメータは、周期Ｔのみである。反射光ＲＦＬ１，ＲＦＬ２の強度の変動に合わせて周期Ｔを逐次最適化すれば、図４に示すように振動波形をフィッティングすることができ、その時点における成長速度ＧＲ（ｎｍ／ｍｉｎ）は、次式によって決定される。
【００６０】
【数２】
【００６１】
なお、式（２）における“３１６．４”は、レーザ光ＬＢの波長λ＝６３２．８ｎｍの２分の１に相当する数値である。
【００６２】
たとえば、図４に示す場合、周期Ｔは、１６．５（ｓ）であるので、成長速度ＧＲは、ＧＲ＝１１５１ｎｍ／ｍｉｎである。
【００６３】
したがって、上述した方法によって、単結晶Ｓｉ膜３０の成長中の各時点における成長速度を検出することができる。
【００６４】
図５は、干渉光を検出する実験結果を示す図である。また、図６は、図５に示す振動波形の一部の拡大図である。
【００６５】
干渉検出装置７において、基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）からの反射光ＲＦＬ１と、リファレンスミラー７３からの反射光ＲＦＬ２とを交互にスクリーン上に投影しながら両方の光路が一致するように光軸を調整した。この調整により、干渉光ＩＴＦ１の縞模様が観測された。
【００６６】
そして、この状態で、スクリーン上のスポット位置にフォトダイオード７７を設置し、単結晶Ｓｉ膜３０のエピタキシャル成長を模擬するために基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）をマイクロメーターで動かしつつ光強度の変化を測定した。
【００６７】
得られたフォトダイオード７７の出力が図５に示す波形である。図５を参照して、基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）を動かし始めた１．６（ｓ）付近から振動が観測され、１．８（ｓ）〜２．９（ｓ）の間における基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）の移動中には、多数の振動が観測され、さらに、基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）の移動が完了する２．９（ｓ）〜３．０（ｓ）付近でゆっくりとして振動が観測された。
【００６８】
２．１７（ｓ）付近の振動波形を拡大すると、図６に示すように、多数の振動が明瞭に観測されている。マイクロメーターの読みで５０５μｍだけ基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）を動かしたときの振動の数を計測すると、１６２２個であり、基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）の表面が３１１ｎｍ移動する毎に１階の振動を観測していることになる。
【００６９】
理想的には、３１６．４ｎｍで１振動となるので、１．７％の誤差で観測されたことになる。
【００７０】
上述した実験結果から干渉検出装置７において、反射光ＲＦＬ１と反射光ＲＦＬ２との干渉光ＩＴＦ１における振動波形を検出することができることが解った。
【００７１】
したがって、干渉検出装置７のフォトダイオード７７は、図６に示す振動波形を解析装置８へ出力する。そして、解析装置８は、フォトダイオード７７から受けた振動波形に基づいて、上述した方法によって成長速度ＧＲを求める。
【００７２】
図７は、基板２０からの反射光ＲＦＬ１のスポット位置をリファレンスミラー７３からの反射光ＲＦＬ２のスポット位置からずらせたときの干渉縞を示す図である。
【００７３】
なお、反射光ＲＦＬ１のスポット位置を反射光ＲＦＬ２のスポット位置からずらせるのは、基板２０をわずかに傾けることによって行なわれた。
【００７４】
図７を参照して、基板２０（＝単結晶Ｓｉウェハ）からの反射光ＲＦＬ１のスポットがリファレンスミラー７３（Ａｌミラー）からの反射光ＲＦＬ２のスポットから左右にずれた場合、干渉縞（縦縞）の数が変化する（図７の（ｃ），（ｄ）参照）。
【００７５】
一方、反射光ＲＦＬ１のスポットがリファレンスミラー７３（Ａｌミラー）からの反射光ＲＦＬ２のスポットから上下にずれた場合、干渉縞の角度が変化する（図７の（ａ），（ｂ）参照）。
【００７６】
干渉縞が縦縞になるのは、レーザ光ＬＢ自身が偏光しているためである。レーザ光ＬＢ１のスポット（０．６５ｍｍ）内でＳｉウェハの表面が傾くと、それに応じて、干渉縞の向きや周期が変わることから、干渉縞の数の変化および干渉縞の角度の変化を検出することによってエピタキシャル成長の表面の傾き（＝表面の凹凸度）に関する情報を得ることができる。
【００７７】
したがって、解析装置８は、反射ミラー７８から受けた干渉光ＩＴＦ１の縦縞の個数および縦縞の角度を検出して単結晶Ｓｉ膜３０の表面の凹凸度を検出する。
【００７８】
図８は、図１に示す半導体製造装置１０における動作を説明するためのフローチャートである。
【００７９】
図８を参照して、一連の動作が開始されると、基板２０が反応容器１内の基板ホルダー３上に設置され、排気装置６は、反応容器１内を真空に引く。そして、反応容器１内の到達圧力が１０−１０Ｐａ程度になると、ガス供給装置５は、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを所望の流量だけ真空容器１内に供給する。また、制御装置９は、基板２０を１０００℃に加熱するように加熱器４を制御し、加熱器４は、制御装置９からの制御に従って基板２０を１０００℃に加熱する。これによって、単結晶Ｓｉ膜３０の成長が開始される（ステップＳ１）。
【００８０】
その後、マイケルソン干渉計からなる干渉検出装置７は、上述した方法によって干渉光ＩＴＦ１を検出し（ステップＳ２）、振動波形からなる干渉信号ＩＴＦＳ１を解析装置８へ出力する。
【００８１】
そして、解析装置８は、干渉信号ＩＴＦＳ１に基づいて、干渉信号ＩＴＦＳ１の振動波形にフィッティングされた振動波形を演算し、その演算した振動波形から振動の周期Ｔを検出する（ステップＳ３）。
【００８２】
その後、解析装置８は、その検出した周期Ｔによってλ／２を除算して成長速度ＧＲを検出する（ステップＳ４）。
【００８３】
そして、解析装置８は、成長速度ＧＲを制御装置９へ出力する。制御装置９は、解析装置８から成長速度ＧＲを受ける。そして、制御装置９は、単結晶Ｓｉ膜３０の成長開始からのトータル時間を計測しており、その計測したトータル時間と、解析装置８から受けた成長速度ＧＲとを用いて単結晶Ｓｉ膜３０の膜厚を演算する。
【００８４】
そうすると、制御装置９は、その演算した膜厚が所望の膜厚に達したか否かを判定することによって、所望の膜厚を有する単結晶Ｓｉ膜３０が成長したか否かを判定する（ステップＳ５）。
【００８５】
ステップＳ５において、所望の膜厚を有する単結晶Ｓｉ膜３０が成長していないと判定されたとき、制御装置９は、検出された成長速度が目標の成長速度に等しいか否かをさらに判定する（ステップＳ６）。
【００８６】
ステップＳ６において、検出された成長速度が目標の成長速度に等しいと判定されたとき、一連の動作は、ステップＳ２へ戻る。
【００８７】
一方、ステップＳ６において、検出された成長速度が目標の成長速度に等しくないと判定されたとき、制御装置９は、検出された成長速度が目標の成長速度よりも小さいか否かをさらに判定する（ステップＳ７）。
【００８８】
ステップＳ７において、検出された成長速度が目標の成長速度よりも小さくないと判定されたとき、制御装置９は、基板温度を低くするように加熱器４を制御し、加熱器４は、制御装置９からの制御に従って基板温度を低くする（ステップＳ８）。その後、一連の動作は、ステップＳ２へ戻る。
【００８９】
一方、ステップＳ７において、検出された成長速度が目標の成長速度よりも小さいと判定されたとき、制御装置９は、基板温度を高くするように加熱器４を制御し、加熱器４は、制御装置９からの制御に従って基板温度を高くする（ステップＳ９）。その後、一連の動作は、ステップＳ２へ戻る。
【００９０】
ステップＳ６において、検出された成長速度が目標の成長速度に等しいと判定されたとき、またはステップＳ８の後、またはステップＳ９の後、一連の動作は、ステップＳ２へ戻り、ステップＳ５において、所望の膜厚を有する単結晶Ｓｉ膜３０が成長したと判定されるまで、上述したステップＳ２〜ステップＳ９が繰り返し実行される。
【００９１】
そして、ステップＳ５において、所望の膜厚を有する単結晶Ｓｉ膜３０が成長したと判定されると、一連の動作が終了する。
【００９２】
なお、上記においては、検出された成長速度が目標の成長速度よりも大きいとき、基板温度を低くすると説明したが（ステップＳ８参照）、実施の形態１においては、これに限らず、検出された成長速度が目標の成長速度よりも大きいとき、反応容器１内へ供給されるＳｉＨ４ガスの流量を減少させてもよく、反応容器１内の圧力を低くしてもよく、ＳｉＨ４ガスの流量を減少させ、かつ、反応容器１内の圧力を低くしてもよく、一般的には、基板温度、ＳｉＨ４ガスの流量および反応容器１内の圧力の少なくとも１つを変えて成長速度が低下するようにしてもよい。
【００９３】
また、上記においては、検出された成長速度が目標の成長速度よりも小さいとき、基板温度を高くすると説明したが（ステップＳ９参照）、実施の形態１においては、これに限らず、検出された成長速度が目標の成長速度よりも小さいとき、反応容器１内へ供給されるＳｉＨ４ガスの流量を増加させてもよく、反応容器１内の圧力を高くしてもよく、ＳｉＨ４ガスの流量を増加させ、かつ、反応容器１内の圧力を高くしてもよく、一般的には、基板温度、ＳｉＨ４ガスの流量および反応容器１内の圧力の少なくとも１つを変えて成長速度が上昇するようにしてもよい。
【００９４】
なお、制御装置９は、ＳｉＨ４ガスの流量を変えるとき、ガス供給装置５を制御し、反応容器１内の圧力を変えるとき、排気装置６を制御する。
【００９５】
上述したように、この発明の実施の形態１においては、マイケルソン干渉計を用いて検出された干渉光ＩＴＦ１の振動波形にフィテッィングする振動波形を演算して振動波形の周期Ｔを演算し、１振動分に相当する膜厚λ／２を周期Ｔで除算して成長速度ＧＲを検出する。
【００９６】
したがって、この発明によれば、成膜中の成長速度をリアルタイムで精度良く検出できる。
【００９７】
また、この発明の実施の形態１においては、検出された成長速度ＧＲが目標の成長速度になるように単結晶Ｓｉ膜３０の結晶成長にフィードバックされる。
【００９８】
したがって、この発明によれば、成膜中の成長速度を目標の成長速度に設定できる。
【００９９】
図９は、図１に示す半導体製造装置１０における他の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１００】
図９を参照して、一連の動作が開始されると、図８に示すステップＳ１，Ｓ２と同じ動作が実行される（ステップＳ１１,Ｓ１２）。
【０１０１】
そして、ステップＳ１２の後、解析装置８は、干渉光ＩＴＦ１を干渉検出装置７の反射ミラー７８から受け、その受けた干渉光ＩＴＦ１の縞の数または縞の角度に基づいて、上述した方法によって単結晶Ｓｉ膜３０の凹凸度を検出し（ステップＳ１３）、その検出した凹凸度を制御装置９へ出力する。
【０１０２】
その後、制御装置９は、解析装置８から受けた凹凸度に基づいて、所望の凹凸度が得られたか否かを判定する（ステップＳ１４）。
【０１０３】
ステップＳ１４において、所望の凹凸度が得られなかったと判定されたとき、検出された凹凸度が所望の凹凸度以下であるか否かをさらに判定する（ステップＳ１５）。
【０１０４】
ステップＳ１５において、検出された凹凸度が所望の凹凸度以下であると判定されたとき、一連の動作は、ステップＳ１２へ戻る。
【０１０５】
一方、ステップＳ１５において、検出された凹凸度が所望の凹凸度以下でないと判定されたとき、制御装置９は、凹凸度が小さくなるようにＳｉＨ４ガスの流量、反応容器１内の圧力および基板温度等の反応条件を変化する（ステップＳ１６）。
【０１０６】
ステップＳ１５において、検出された凹凸度が所望の凹凸度以下であると判定されたとき、またはステップＳ１６の後、一連の動作は、ステップＳ１２へ戻り、ステップＳ１４において、所望の凹凸度が得られたと判定されるまで、上述したステップＳ１２〜ステップＳ１６が繰り返し実行される。
【０１０７】
そして、ステップＳ１４において、所望の凹凸度が得られたと判定されると、一連の動作は、終了する。
【０１０８】
このように、実施の形態１においては、マイケルソン干渉計を用いて検出された干渉光ＩＴＦ１の縞の数または縞の角度の変化によって単結晶Ｓｉ膜３０の凹凸度を検出し、その検出した凹凸度が所望の凹凸度になるように反応条件が変化される。
【０１０９】
したがって、この発明によれば、所望の凹凸度を有する単結晶Ｓｉ膜３０を製造できる。
【０１１０】
なお、実施の形態１においては、図８に示すフローチャートおよび図９に示すフローチャートに従って、単結晶Ｓｉ膜３０の成膜中における成長速度および凹凸度を検出し、その検出した成長速度が目標の成長速度になり、かつ、その検出した凹凸度が所望の凹凸度になるように制御して単結晶Ｓｉ膜３０を製造するようにしてもよい。
【０１１１】
また、図１に示す半導体製造装置１０は、１０００ｎｍ／ｍｉｎ以上の高速で単結晶Ｓｉ膜をエピタキシャル成長させる場合の成長速度の検出に好適であり、半導体製造装置１０を用いてエピタキシャル成長された単結晶Ｓｉ膜３０は、パワーＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を作製するために用いられる。
【０１１２】
パワーＭＯＳ用の単結晶Ｓｉ膜は、１００μｍ以上の膜厚が必要であり、コストを低減させるためには１０００ｎｍ／ｍｉｎ以上の成長速度でエピタキシャル成長させる必要がある。
【０１１３】
したがって、半導体製造装置１０を用いることによって、１０００ｎｍ／ｍｉｎ以上の成長速度をリアルタイムで精度良く検出するとともに、その検出した成長速度をフィードバックして目標の成長速度で単結晶Ｓｉ膜３０をエピタキシャル成長できる。
【０１１４】
したがって、この発明によれば、パワーＭＯＳ用の単結晶Ｓｉ膜を低コストで製造できる。
【０１１５】
図１０は、実施の形態１による他の半導体製造装置の構成図である。実施の形態１による半導体製造装置は、図１０に示す半導体製造装置１０Ａであってもよい。
【０１１６】
図１０を参照して、半導体製造装置１０Ａは、図１に示す半導体製造装置１０の干渉検出装置７を干渉検出装置７００，７１０，７２０に代えたものであり、その他は、半導体製造装置１０と同じである。
【０１１７】
干渉検出装置７００，７１０，７２０の各々は、図１に示す干渉検出装置７と同じ構成からなる。そして、干渉検出装置７００，７１０，７２０は、基板２０上に堆積された単結晶Ｓｉ膜３０の面内方向において相互に異なる位置にレーザ光を照射し、単結晶Ｓｉ膜３０の異なる位置における干渉信号および干渉光を検出し、その検出した干渉信号および干渉光を解析装置８へ出力する。
【０１１８】
半導体製造装置１０Ａにおいては、解析装置８は、干渉検出装置７００，７１０，７２０から複数の干渉信号を受け、その受けた複数の干渉信号の各々に基づいて、上述した方法によって成長速度ＧＲを検出し、単結晶Ｓｉ膜３０の面内方向における成長速度の分布を検出する。
【０１１９】
また、解析装置８は、干渉検出装置７００，７１０，７２０から複数の干渉光を受け、その受けた複数の干渉光の各々に基づいて、縞の数および縞の角度を検出し、単結晶Ｓｉ膜３０の面内方向における凹凸度の分布を検出する。
【０１２０】
そして、解析装置８は、その検出した成長速度の分布および凹凸度の分布を制御装置９へ出力する。
【０１２１】
制御装置９は、解析装置８から受けた成長速度の分布に基づいて、均一な膜厚を有する単結晶Ｓｉ膜が得られるようにＳｉＨ４ガスの流量、反応容器１内の圧力および基板温度等の反応条件を制御する。
【０１２２】
また、制御装置９は、解析装置８から受けた凹凸度の分布に基づいて、均一な凹凸度を有する単結晶Ｓｉ膜が得られるようにＳｉＨ４ガスの流量、反応容器１内の圧力および基板温度等の反応条件を制御する。
【０１２３】
なお、半導体製造装置１０Ａにおいては、干渉検出装置７００，７１０，７２０は、相互に異なる波長のレーザ光を用いて干渉光を検出してもよい。
【０１２４】
［実施の形態２］
図１１は、実施の形態２による半導体製造装置の構成図である。図１１を参照して、実施の形態２による半導体製造装置１０Ｂは、図１に示す半導体製造装置１０の解析装置８を解析装置８Ａに代え、モータ１１を追加したものであり、その他は、半導体製造装置１０と同じである。
【０１２５】
モータ１１は、モータ軸１１１を有し、モータ軸１１１は、基板ホルダー３に連結される。そして、モータ１１は、たとえば、１５００ｒｐｍで基板ホルダー３を回転させる。
【０１２６】
解析装置８Ａは、単結晶Ｓｉ膜が基板２０上に堆積される前に干渉検出装置７によって検出された干渉光ＩＴＦ２をフォトダイオード７７から受ける。その後、解析装置８Ａは、単結晶Ｓｉ膜３０が基板２０上に堆積され始めた後に干渉検出装置７によって検出された干渉光ＩＴＦ３をフォトダイオード７７から受ける。
【０１２７】
そして、解析装置８Ａは、干渉光ＩＴＦ２，ＩＴＦ３をそれぞれフーリエ変換して信号ＩＴＦ２＿Ｆ，ＩＴＦ３＿Ｆを得る。その後、解析装置８Ａは、信号ＩＴＦ３＿Ｆから信号ＩＴＦ２＿Ｆを減算して信号ΔＩＴＦ＿Ｆを得る。
【０１２８】
そうすると、解析装置８Ａは、信号ΔＩＴＦ＿Ｆを逆フーリエ変換して干渉光ΔＩＴＦを求め、その求めた干渉光ΔＩＴＦの振動波形に基づいて、実施の形態１における方法と同じ方法によって成長速度ＧＲを検出する。
【０１２９】
干渉光ＩＴＦ２は、排気装置６を構成するターボ分子ポンプおよびロータリーポンプの振動成分を含む干渉光である。
【０１３０】
また、干渉光ＩＴＦ３は、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプの振動成分と、単結晶Ｓｉ膜の膜厚変化による振動成分とを含む干渉光である。
【０１３１】
そして、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプの振動成分は、単結晶Ｓｉ膜３０の膜厚変化による振動成分よりも遥かに高い周波数成分を有する。
【０１３２】
したがって、干渉光ＩＴＦ２，ＩＴＦ３をそれぞれ周波数領域の信号ＩＴＦ２＿Ｆ，ＩＴＦ３＿Ｆに変換し、その変換した信号ＩＴＦ３＿Ｆから信号ＩＴＦ２＿Ｆを減算することによって、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプの振動成分を除去した干渉光ΔＩＴＦを得ることができる。
【０１３３】
このように、半導体製造装置１０Ｂは、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプの振動成分を除去して単結晶Ｓｉ膜３０の成長速度ＧＲを検出することを特徴とする。
【０１３４】
図１２は、図１１に示す半導体製造装置１０Ｂにおける動作を説明するためのフローチャートである。
【０１３５】
図１２に示すフローチャートは、図８に示すフローチャートのステップＳ１，Ｓ２をステップＳ２１〜Ｓ２５に代えたものであり、その他は、図８に示すフローチャートと同じである。
【０１３６】
図１２を参照して、一連の動作が開始されると、基板２０が反応容器１内の基板ホルダー３上に設置され、排気装置６は、反応容器１内を真空に引く。そして、反応容器１内の到達圧力が１０−１０Ｐａ程度になると、モータ１１は、基板ホルダー３を１５００ｒｐｍで回転する。これによって、基板２０が回転される（ステップＳ２１）。
【０１３７】
そして、マイケルソン干渉計からなる干渉検出装置７は、上述した方法によって干渉光１（＝ＩＴＦ２）を検出し（ステップＳ２２）、振動波形からなる干渉信号ＩＴＦＳ２を解析装置８Ａへ出力する。
【０１３８】
その後、ガス供給装置５は、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを所望の流量だけ真空容器１内に供給する。また、制御装置９は、基板２０を１０００℃に加熱するように加熱器４を制御し、加熱器４は、制御装置９からの制御に従って基板２０を１０００℃に加熱する。これによって、単結晶Ｓｉ膜３０の成長が開始される（ステップＳ２３）。
【０１３９】
そして、マイケルソン干渉計からなる干渉検出装置７は、上述した方法によって干渉光２（＝ＩＴＦ３）を検出し（ステップＳ２４）、振動波形からなる干渉信号ＩＴＦＳ３を解析装置８Ａへ出力する。
【０１４０】
そうすると、解析装置８Ａは、干渉光１（＝ＩＴＦ２）をフーリエ変換して信号１＿Ｆ（＝ＩＴＦ２＿Ｆ）を求め、干渉光２（＝ＩＴＦ３）をフーリエ変換して信号２＿Ｆ（＝ＩＴＦ３＿Ｆ）を求める。そして、解析装置８Ａは、信号２＿Ｆ（＝ＩＴＦ３＿Ｆ）から信号１＿Ｆ（＝ＩＴＦ２＿Ｆ）を減算し、その減算結果（＝ΔＩＴＦ＿Ｆ）を逆フーリエ変換して干渉光ΔＩＴＦを検出する（ステップＳ２５）。
【０１４１】
その後、上述したステップＳ３〜ステップＳ９が実行される。この場合、解析装置８Ａは、ステップＳ３において、干渉光ΔＩＴＦに基づいて、上述した方法によって成長速度ＧＲを検出する。
【０１４２】
また、ステップＳ６において、検出された成長速度が目標の成長速度に等しいと判定されたとき、またはステップＳ８の後またはステップＳ９の後、一連の動作は、ステップＳ２４へ戻る。
【０１４３】
このように、実施の形態２においては、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプの振動成分を除去した振動波形に基づいて単結晶Ｓｉ膜３０の成長速度を検出する。
【０１４４】
したがって、この発明によれば、より精度良く成長速度を検出できる。
【０１４５】
なお、半導体製造装置１０Ｂは、図９に示すフローチャートに従って単結晶Ｓｉ膜３０の凹凸度を検出し、その検出した凹凸度に基づいて所望の凹凸度を有する単結晶Ｓｉ膜３０を製造する。
【０１４６】
図１３は、実施の形態２による他の半導体製造装置の構成図である。実施の形態２による半導体製造装置は、図１３に示す半導体製造装置１０Ｃであってもよい。
【０１４７】
図１３を参照して、半導体製造装置１０Ｃは、図１１に示す半導体製造装置１０Ｂの干渉検出装置７を干渉検出装置７００，７１０，７２０に代えたものであり、その他は、半導体製造装置１０Ｂと同じである。
【０１４８】
干渉検出装置７００，７１０，７２０については、実施の形態１において説明したとおりである。
【０１４９】
そして、干渉検出装置７００，７１０，７２０は、単結晶Ｓｉ膜３０の平面方向における異なる位置の干渉光および干渉信号を検出して解析装置８Ａへ出力する。解析装置８Ａは、干渉検出装置７００，７１０，７２０から複数の干渉信号を受け、その受けた複数の干渉信号の各々に基づいて、上述した方法によって、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプの振動成分を除去して成長速度ＧＲを検出し、単結晶Ｓｉ膜３０の面内方向における成長速度の分布を検出する。
【０１５０】
また、解析装置８Ａは、干渉検出装置７００，７１０，７２０から複数の干渉光を受け、その受けた複数の干渉光の各々に基づいて、縞の数および縞の角度を検出し、単結晶Ｓｉ膜３０の面内方向における凹凸度の分布を検出する。
【０１５１】
そして、解析装置８Ａは、その検出した成長速度の分布および凹凸度の分布を制御装置９へ出力する。
【０１５２】
制御装置９は、解析装置８Ａから受けた成長速度の分布に基づいて、均一な膜厚を有する単結晶Ｓｉ膜が得られるようにＳｉＨ４ガスの流量、反応容器１内の圧力および基板温度等の反応条件を制御する。
【０１５３】
また、制御装置９は、解析装置８Ａから受けた凹凸度の分布に基づいて、均一な凹凸度を有する単結晶Ｓｉ膜が得られるようにＳｉＨ４ガスの流量、反応容器１内の圧力および基板温度等の反応条件を制御する。
【０１５４】
なお、半導体製造装置１０Ｃにおいては、干渉検出装置７００，７１０，７２０は、相互に異なる波長のレーザ光を用いて干渉光を検出してもよい。
【０１５５】
また、上記においては、１周期分の振動が生じるに要する時間である周期Ｔを式（１）を用いて決定し、その決定した周期Ｔによってλ／２の膜厚を除算することによって成長速度ＧＲを検出したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、単結晶Ｓｉ膜３０がｍλ／２（ｍは正の実数）の膜厚だけ成長するのに要する時間を求め、その求めた時間によってｍλ／２の膜厚を除算して成長速度ＧＲを検出するようにしてもよい。
【０１５６】
さらに、振動波形がｍ×周期だけ振動するときの時間を求め、その求めた時間によってｍλ／２の膜厚を除算して成長速度ＧＲを検出するようにしてもよい。
【０１５７】
さらに、上記においては、検出した干渉光の振動波形にフィッティングする振動波形を求め、その求めた振動波形における周期Ｔを検出して成長速度を検出したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、検出した干渉光の振動波形にフィッティングする振動波形を求める方法以外の方法によって振動波形がｍ×周期Ｔだけ振動するのに要する時間を求め、その求めた時間を用いて成長速度を検出するようにしてもよい。つまり、振動波形がｍ×周期Ｔだけ振動するのに要する時間を求める方法は、どのような方法であってもよい。
【０１５８】
さらに、上記においては、加熱器４を複数のランプによって構成すると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、加熱器４は、ヒーターによって構成されていてもよい。この場合、ヒーターは、基板ホルダー３の内部に配置される。
【０１５９】
さらに、上記においては、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスを用いて単結晶Ｓｉ膜３０をエピタキシャル成長させると説明したが、この発明の実施の形態においては、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスおよびＨ２ガス、ＳｉＨＣｌ３ガスおよびＨ２ガス、およびＳｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスのいずれかを用いて単結晶Ｓｉ膜３０をエピタキシャル成長させてもよい。
【０１６０】
さらに、上記においては、単結晶Ｓｉ膜３０をエピタキシャル成長させる場合の成長速度の検出について説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、単結晶Ｇｅ膜をエピタキシャル成長させる場合の成長速度を上述した方法によって検出するようにしてもよい。
【０１６１】
さらに、上記においては、熱ＣＶＤ法によって単結晶Ｓｉ膜３０をエピタキシャル成長させる場合の成長速度の検出について説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、プラズマＣＶＤ法を用いて単結晶Ｓｉ膜３０、単結晶Ｇｅ膜、多結晶Ｓｉ膜および多結晶Ｇｅ膜等の半導体膜を成長させる場合の成長速度を上述した方法によって検出するようにしてもよい。この場合、干渉検出装置７，７００，７１０，７２０の各々は、プラズマからの発光成分を除去するフィルタを含む。
【０１６２】
さらに、上記においては、干渉検出装置７，７００，７１０，７２０におけるレーザ光の波長は、６３２．８ｎｍであると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、干渉検出装置７，７００，７１０，７２０は、６３２．８ｎｍ以外の波長を出射するレーザ７１を備えていてもよい。
【０１６３】
さらに、この発明の実施の形態においては、干渉検出装置７，７００，７１０，７２０の各々は、成長速度が相対的に速いときは、相対的に波長の長いレーザ光を用いて干渉光を検出し、成長速度が相対的に遅いときは、相対的に波長の短いレーザ光を用いて干渉光を検出するようにしてもよい。
【０１６４】
この発明の実施の形態においては、成長速度を検出する解析装置８，８Ａは、「成長速度検出器」を構成する。
【０１６５】
また、この発明の実施の形態においては、凹凸度を検出する解析装置８，８Ａは、「凹凸度検出器」を構成する。
【０１６６】
さらに、この発明の実施の形態においては、基板ホルダー３は、「基板保持部材」を構成する。
【０１６７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
この発明は、成膜中の成長速度をリアルタイムで精度良く検出可能な半導体製造装置に適用される。
【符号の説明】
【０１６９】
１ 反応容器、２ 窓、３ 基板ホルダー、４ 加熱器、５ ガス供給装置、６ 排気装置、７ 干渉検出装置、８ 解析装置、９ 制御装置、１０ 半導体製造装置、７１ レーザ、７２ ビームスプリッタ、７３ リファレンスミラー、７４ バンドバスフィルタ、７５ レンズ、７６ ハーフミラー、７７ フォトダイオード、７８ 反射ミラー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、
前記反応容器の内部に設置され、基板を保持する基板保持部材と、
前記基板を加熱する加熱器と、
前記反応容器内に材料ガスを供給するガス供給装置と、
前記反応容器内に供給された前記材料ガスを排気し、前記反応容器内の圧力を所望の圧力に設定する排気装置と、
λの波長を有するレーザ光を基準面と前記基板上に堆積された半導体膜とに略垂直に照射し、前記半導体膜の表面からの前記レーザ光の第１の反射光と前記レーザ光の前記基準面からの第２の反射光との干渉による第１の干渉信号を検出する干渉検出装置と、
前記第１の干渉信号に基づいて、前記半導体膜がｍλ／２（ｍは正の実数）の膜厚だけ成長するのに要する時間を計測し、その計測した時間によって前記ｍλ／２の膜厚を除算して前記半導体膜の成長速度を検出する成長速度検出処理を実行する成長速度検出器とを備える半導体製造装置。
【請求項２】
前記成長速度検出器は、前記干渉検出装置によって検出された前記第１の干渉信号にフィテッィングされた振動波形を演算し、その演算した振動波形がｍ×周期だけ振動するときの時間を求め、その求めた時間によって前記ｍλ／２の膜厚を除算して前記半導体膜の成長速度を検出する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記基板保持部材を回転する回転器をさらに備え、
前記干渉検出装置は、前記基板の表面からの第３の反射光と前記第２の反射光との干渉による第２の干渉信号と、前記第１の干渉信号とを検出し、
前記成長速度検出器は、前記第１の干渉信号をフーリエ変換した信号から前記第２の干渉信号をフーリエ変換した信号を減算し、その減算結果を逆フーリエ変換するとともに、前記逆フーリエ変換して得られた信号に基づいて、前記半導体膜が前記ｍλ／２の膜厚だけ成長するのに要する時間を計測し、その計測した時間によって前記ｍλ／２の膜厚を除算して前記半導体膜の成長速度を検出する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記第１の干渉信号の干渉縞の方向および前記干渉縞の数に基づいて前記半導体膜の表面の凹凸度を検出する凹凸度検出器をさらに備える、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記加熱器は、各々が前記基板を加熱する複数のランプからなり、
前記干渉検出装置は、前記複数のランプの隙間を介して前記レーザ光を前記半導体膜に照射する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記干渉検出装置は、前記複数のランプから出射され、前記半導体膜の表面で反射された光を除去し、前記第１および第２の反射光を通過させるフィルタを含む、請求項５に記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記基板は、単結晶Ｓｉ基板からなり、
前記半導体膜は、単結晶Ｓｉからなり、
前記加熱器は、前記基板を１０００℃以上に加熱する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記干渉検出装置は、前記半導体膜の面内方向において複数の位置に複数の前記レーザ光を照射するとともに、複数の前記第１の干渉信号を検出し、
前記成長速度検出器は、前記複数の第１の干渉信号の各々に基づいて、前記成長速度検出処理を実行し、前記複数の位置における複数の成長速度を検出する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記加熱器は、前記成長速度検出器によって検出された成長速度に基づいて前記基板を加熱するときの目標温度を決定し、その決定した目標温度に前記基板を加熱する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項１】
反応容器と、
前記反応容器の内部に設置され、基板を保持する基板保持部材と、
前記基板を加熱する加熱器と、
前記反応容器内に材料ガスを供給するガス供給装置と、
前記反応容器内に供給された前記材料ガスを排気し、前記反応容器内の圧力を所望の圧力に設定する排気装置と、
λの波長を有するレーザ光を基準面と前記基板上に堆積された半導体膜とに略垂直に照射し、前記半導体膜の表面からの前記レーザ光の第１の反射光と前記レーザ光の前記基準面からの第２の反射光との干渉による第１の干渉信号を検出する干渉検出装置と、
前記第１の干渉信号に基づいて、前記半導体膜がｍλ／２（ｍは正の実数）の膜厚だけ成長するのに要する時間を計測し、その計測した時間によって前記ｍλ／２の膜厚を除算して前記半導体膜の成長速度を検出する成長速度検出処理を実行する成長速度検出器とを備える半導体製造装置。
【請求項２】
前記成長速度検出器は、前記干渉検出装置によって検出された前記第１の干渉信号にフィテッィングされた振動波形を演算し、その演算した振動波形がｍ×周期だけ振動するときの時間を求め、その求めた時間によって前記ｍλ／２の膜厚を除算して前記半導体膜の成長速度を検出する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記基板保持部材を回転する回転器をさらに備え、
前記干渉検出装置は、前記基板の表面からの第３の反射光と前記第２の反射光との干渉による第２の干渉信号と、前記第１の干渉信号とを検出し、
前記成長速度検出器は、前記第１の干渉信号をフーリエ変換した信号から前記第２の干渉信号をフーリエ変換した信号を減算し、その減算結果を逆フーリエ変換するとともに、前記逆フーリエ変換して得られた信号に基づいて、前記半導体膜が前記ｍλ／２の膜厚だけ成長するのに要する時間を計測し、その計測した時間によって前記ｍλ／２の膜厚を除算して前記半導体膜の成長速度を検出する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記第１の干渉信号の干渉縞の方向および前記干渉縞の数に基づいて前記半導体膜の表面の凹凸度を検出する凹凸度検出器をさらに備える、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記加熱器は、各々が前記基板を加熱する複数のランプからなり、
前記干渉検出装置は、前記複数のランプの隙間を介して前記レーザ光を前記半導体膜に照射する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記干渉検出装置は、前記複数のランプから出射され、前記半導体膜の表面で反射された光を除去し、前記第１および第２の反射光を通過させるフィルタを含む、請求項５に記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記基板は、単結晶Ｓｉ基板からなり、
前記半導体膜は、単結晶Ｓｉからなり、
前記加熱器は、前記基板を１０００℃以上に加熱する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記干渉検出装置は、前記半導体膜の面内方向において複数の位置に複数の前記レーザ光を照射するとともに、複数の前記第１の干渉信号を検出し、
前記成長速度検出器は、前記複数の第１の干渉信号の各々に基づいて、前記成長速度検出処理を実行し、前記複数の位置における複数の成長速度を検出する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
前記加熱器は、前記成長速度検出器によって検出された成長速度に基づいて前記基板を加熱するときの目標温度を決定し、その決定した目標温度に前記基板を加熱する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２５８２０７（Ｐ２０１０−２５８２０７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０６３３３（Ｐ２００９−１０６３３３）
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
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