KR102225232B1

KR102225232B1 - 표면 형상의 측정방법 및 측정장치

Info

Publication number: KR102225232B1
Application number: KR1020177005515A
Authority: KR
Inventors: 이브 라크로와
Original assignee: 유우겐가이샤 와이시스템즈
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2021-03-08
Also published as: CN106716056B; JPWO2016016972A1; EP3176539B1; EP3176539A4; JP6464513B2; CA2956518C; KR20170039248A; WO2016016972A1; US10283419B2; US20170221776A1; CN106716056A; EP3176539A1; CA2956518A1

Abstract

반도체층을 증착법에 의해 성막할 때에, 반도체층 표면의 형상을 측정함으로써, 상기 표면의 형상의 교정 등을 행할 수 있도록 한 표면 형상의 측정방법 및 측정장치를 제공한다.
단일 레이저광을, 가동식의 미러로 반사하고, 실질적으로 3개로 분리된 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)을 생성하며, 챔버(2) 내에서 성막되고 있는 반도체층(7)의 표면의 입사점(P1, P2, P3)에 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)을 조사한다. 각각의 입사점(P1, P2, P3)으로부터의 레이저 반사광(Lv1, Lv2, Lv3)을 광위치센서로 검지함으로써, 입사점(P1, P2, P3)을 포함하는 막의 표면 형상을 측정한다.

Description

표면 형상의 측정방법 및 측정장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING SURFACE PROFILE}

본 발명은, 발광 다이오드나 그 외의 반도체소자 등을 증착법에 의해 성막할 때에, 반도체층 등의 막의 표면 형상의 휨(warpage) 등을 측정할 수 있는 표면 형상의 측정방법 및 측정장치에 관한 것이다.

AlN, GaAs, GaN, InP, Si, SiC 등의 반도체는, 증착법으로 형성된다. 증착법으로서는, 화학기상성장법(CVD법)이나 분자선 에피택시법(MBE법) 등이 사용되고 있다. 이들 증착법에서는, 진공상태로 설정된 챔버 내에 기판이 설치되고, 이 기판상에 원료 가스 등의 상태로 원료 분자가 공급되어 기판의 표면에 결정층이 퇴적되어 성막된다.

이런 종류의 증착법에 있어서, 불순물이 없는 반도체의 결정층을 일정한 퇴적 속도로 치밀하면서 재현성을 가지고 성막하려면, 챔버 내의 기판의 온도를 정확하게 제어하는 것이 필요하다. 즉, 기판의 재료와 기판 표면에 성장시키는 막의 재료가 다른 경우가 많고, 또한 성막의 조성에 따라 최적인 증착의 온도가 다르다. 그 때문에, 기판을 가열하는 히터를 제어하고, 성막 중의 기판 온도를 계획적으로 변화시켜, 최종적으로는 기판의 온도를 성막에 적절한 온도로부터 상온으로 되돌리는 것이 필요하다.

그러나, 성막에 사용하는 재료의 조합에 따라서는, 혹은 막 내의 열팽창 계수의 분포에 의해, 혹은 기판의 표면에서의 막의 성막 두께의 분포 등에 의하여, 기판의 온도 변화에 따라 반도체층과 기판에 내부 스트레스가 발생하여, 반도체층의 표면 형상이 평면으로 되지 않고 휨을 발생시키는 경우가 있다. 반도체층과 기판에 휨이 발생하고 있으면, 성막 후의 냉각 단계에서, 반도체층에 금이 발생하고, 경우에 따라 균열이 발생하기도 한다. 그 때문에, 기판상에 반도체층 등의 원료 이외의 재료를 가스 상태로 공급하여 상기 원료에 혼합하여, 휨 방향과 반대측의 굽힘력을 발생하는 스트레스를 주어, 반도체층의 표면 형상이 가능한 한 평면이 되도록, 리얼 타임으로 성막 조건을 제어하는 것이 필요하다.

이하의 특허문헌 1에는, 반도체층의 표면 형상을 측정하는 기술이 개시되어 있다. 구체적으로는, 조사방향이 고정된 단일 레이저광을 반도체층의 표면에 조사하고, 그 지점에서의 반사광을 광위치센서(PSD：Position Sensitive Detector)로 검지한다. 검지한 반사광의 위치(방향)로부터, 그 표면의 각도를 산출한다.

이 발명에서는, 단일 레이저광의 조사방향이 고정되어 있으므로, 반도체층이 정지상태이면, 레이저광을 조사할 수 있는 것은 한 지점뿐이다. 그래서, 반도체층을 회전 이동시키고, 레이저광을 반도체층 표면의 복수의 지점에 조사하여, 막 표면의 복수의 점에서 각도를 검지할 수 있도록 하고 있다.

그러나 조사방향이 고정된 단일 레이저광을 사용한 것에서는, 막 표면의 형상을 정확하게 파악하기 위한 정보량으로서 너무 적다. 또, 한정된 영역의 복수의 입사점에 레이저광을 부여하는 것이 어렵기 때문에, 한정된 영역에서의 곡률 등을 정확하게 파악하는 것이 곤란하다.

또, 레이저광이 조사되는 것이 한 지점뿐이면, 반도체층 등의 막이 정지상태에 있을 때 혹은 자전하고 있을 때에, 레이저광의 조사점이 휨의 정점 부분이면, 레이저광의 반사효과는, 조사점이 평면에 존재하고 있을 때와 같게 된다. 따라서, 막의 휨을 정확하게 측정할 수 없다.

그래서, 복수의 레이저광을 막 표면의 복수의 입사점에 부여하면, 막의 표면 형상을 측정하기 위한 정보량이 증가하게 된다. 그러나 이 경우에는, 발광장치를 복수개 사용하는 것이 필요하게 되어, 장치의 구성요소가 너무 많아진다.

미국 특허 제 7,570,368호 명세서

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하는 것이며, 반도체층 등을 증착법에 의해 성막할 때에, 막의 표면 형상을 고정밀도로 검출할 수 있고, 반도체층 등을 고품질로 성막할 수 있는 표면 형상의 측정방법 및 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

또 본 발명은, 반도체층이 회전 등에 의한 이동이 없고 정지상태에 있을 때에도, 반도체층 등의 막의 조사위치를 포함하는 표면 형상을 고정밀도로 검출할 수 있고, 반도체층 등을 고품질로 성막할 수 있는 표면 형상의 측정방법 및 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

제1의 본 발명은, 챔버 내에서 기판의 표면에 성장하는 막의 표면 형상을 측정하는 방법에 있어서,

미러의 각도를 연속적 또는 간헐적으로 고속으로 변화시키고, 상기 미러에 의하여, 단일 레이저광을, 그 입사방향을 바꾸면서 막 표면의 소정 점 주위의 복수의 조사점에 부여하여, 레이저광의 반사방향을 광위치센서로 검지하고, 그 검지 정보로부터 상기 소정 점에서의 표면의 휨을 측정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 표면 형상의 측정방법은, 복수의 상기 조사점으로부터 반사되는 레이저광으로부터, 각각의 조사점에서의 상기 표면의 기울기를 검지하고, 그 기울기로부터 상기 휨을 측정하는 것이다.

본 발명의 표면 형상의 측정방법은, 상기 레이저광의 조사 타이밍과, 상기 미러의 반사 각도를, 고속으로 제어함으로써, 막 표면으로의 레이저광의 입사방향을 변화시킬 수 있다.

또, 본 발명의 표면 형상의 측정방법은, 상기 미러의 각도를 제어함으로써, 각각의 조사점에 부여할 수 있는 레이저광의 입사방향의 상대 각도를 변화시키는 것이 바람직하다. 이 경우에, 측정된 막 표면의 휨에 따라 상기 상대 각도를 변화시키는 것이 바람직하다.

또는, 본 발명의 표면 형상의 측정방법은, 상기 미러의 각도를 제어함으로써, 상기 소정 점으로 향하는 입사각도를 변화시키고, 복수의 상기 조사점으로부터 반사된 모든 상기 레이저광을 상기 광위치센서로 수광할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 표면 형상의 측정방법은, 레이저광을 2개의 미러로 막 표면을 향하고, 제1의 미러로, 상기 소정 점 주위의 복수의 조사점에 레이저광을 부여하며, 제2의 미러로, 상기 소정 점으로 향하는 입사각도를 변화시킴으로써 구성할 수 있다.

본 발명의 표면 형상의 측정방법은, 상기 조사점을 3개소 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

제2의 본 발명은, 챔버 내에서 기판의 표면에 성장하는 막 표면 형상을 측정하는 측정장치에 있어서,

단일 레이저광을 부여하는 발광장치와, 상기 레이저광을 상기 막 표면을 향하여 반사하는 미러와, 상기 미러의 반사방향을 변화시키는 구동부가 마련되고, 상기 미러의 각도를 연속적 또는 간헐적으로 고속으로 변화시켜, 상기 미러에 의하여, 단일 레이저광이, 그 입사방향을 바꾸면서 막 표면의 소정 점의 주위의 복수의 조사점에 부여되며,

각각의 상기 입사점으로부터 반사되는 레이저광의 광로상에 배치된 광위치센서가 설치되고, 레이저광의 반사방향이 상기 광위치센서로 검지되며, 그 검지 정보로부터 상기 소정 점에서의 표면의 휨이 측정되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 표면 형상의 측정장치는, 상기 발광장치와 상기 미러가 챔버 밖에 마련되고, 상기 레이저광이, 상기 챔버에 마련된 창을 투과하여 상기 챔버의 내부에 부여되며, 반사된 레이저광이 마찬가지로 챔버에 마련된 창을 투과하여, 상기 챔버 밖에 마련된 상기 광위치센서로 검지되는 것이 바람직하다.

본 발명의 표면 형상의 측정방법에 의하면, 단일 레이저광의 반사방향을 바꿈으로써, 막 표면의 복수의 입사점에 레이저 입사광을 차례로 조사할 수 있고, 복수의 입사점으로부터의 레이저 반사광의 수광점을 검지함으로써, 막의 표면 형상을 상세하게 분석할 수 있다. 또, 기판이 정지하고 있는 상태라도, 막의 표면 형상을 분석하는 것이 가능하다.

본 발명의 표면 형상의 측정장치는, 성막장치의 챔버의 외측에 모든 구성 부재를 배치할 수 있고, 챔버 내에서의 성막에 영향을 주지 않고, 막 표면의 형상을 파악할 수 있다.

도 1은, 성막장치 및 본 발명의 제1의 실시형태의 측정장치의 구조의 개략을 나타내는 설명도.
도 2는, 반도체층의 표면에 있어서의 레이저 입사광의 조사위치와 레이저 반사광의 반사방향을 나타내는 설명도.
도 3(a)(b)는, 측정장치에 의해 반도체층의 표면 형상을 측정하는 원리를 나타내는 설명도.
도 4는, 반도체층의 표면 형상에 따라, 복수의 레이저 입사광의 상대 각도를 변화시킬 때의 설명도.
도 5는, 반도체층의 표면 형상에 따라, 각각의 레이저 입사광의 입사 중심치를 변화시킬 때의 설명도.
도 6은, 본 발명의 측정방법과 측정장치를 설명하는 더 구체적인 실시형태를 나타내는 설명도.

도 1은, 성막장치(1) 및 본 발명의 제1의 실시형태인 측정장치(10)를 나타내는 설명도이다.

도 1에는, 화학기상성장법(CVD법)이나 분자선 에피택시법(MBE법)으로 반도체층을 성막하는 성막장치(1)가 모식도로서 나타나 있다.

성막장치(1)는 챔버(2)를 가지고 있고, 성막 중에는 내부공간이 진공상태로 설정된다. 챔버(2) 내에 테이블(3)이 설치되어 있고, 이 테이블(3)에 가열장치인 히터(3a)가 내장되어 있다. 챔버(2)에는 도입로(4)가 접속되어 있고, 반도체층(7)을 성막하기 위한 원소(원료 분자)를 포함하는 원료 가스 및 그 외의 재료 가스인 가스(5)가 상기 도입로(4)로부터 테이블(3)의 표면에 부여되어, 테이블(3) 상에 설치된 기판(6)의 표면에 반도체층(7)이 성막된다. 상기 기판(6)은, Si(실리콘) 기판 또는 사파이어 기판 등이다.

챔버(2)에는 제1의 창(8)과 제2의 창(9)이 형성되어 있다. 제1의 창(8)과 제2의 창(9)에는 유리판 등의 투명판이 끼워져 있고, 이 투명판을 통하여 내부를 관찰할 수 있지만, 챔버(2)의 내부공간과 외부공간은 투명판으로 차폐되어 있다.

챔버(2)의 외측에, 측정장치(10A)와, 측정장치(10A)에 부속되는 회로구성부(10B)가 마련되어 있다. 회로구성부(10B)는, 마이크로컴퓨터와 메모리 등으로 구성된 중앙 제어장치(20)와 그 외의 제어부(15, 16, 17, 21)로 이루어지지만, 이들 제어부(15, 16, 17, 21)의 일부 기능 또는 모든 기능이, 중앙 제어장치(20)에서 가상적으로 실현되는 것이라도 좋다.

측정장치(10A)는 발광장치(11)를 가지고 있다. 발광장치(11)에는, 레이저광을 발하는 레이저 광원이 마련되어 있다. 레이저광은, 코리메이트 렌즈에 의하여 코리메이트광으로 변환되어 반도체층(7)의 표면에 부여되는 것이라도 좋고, 집광렌즈로 집광되어, 반도체층(7)의 표면에 초점을 맞추어, 반도체층(7)의 표면에 스폿상이 형성되는 것이라도 좋다.

레이저 광원으로부터 발해진 레이저광은, 피봇 미러(12)에 부여된다. 피봇 미러(12)는, 피에조 소자 등으로 구성된 구동부(12a, 12b)에 지지되어 있고, 피봇 미러(12)가 구동부(12a, 12b)에서 고속으로 연속적으로 또는 간헐적으로 구동되어, 반사면(12c)의 방향이 삼차원적으로 변화된다. 발광장치(11)로부터 발해진 레이저광은, 반사면(12c)에서 반사되고, 빔 스프리터(13)를 투과하여, 챔버(2) 내에서 성막 중 또는 성막이 완료된 후의 반도체층(7) 표면(막의 표면)의 소정의 입사점에 부여된다. 다만, 성장 중의 막이 투명한 경우에는, 기판(6)의 표면에 입사점이 설정되어도 좋다.

반도체층(7)의 표면의 입사점에서 반사된 반사광은, 빔 스프리터(13)로 되돌아가고, 빔 스프리터(13)에서, 피봇 미러(12)와는 다른 방향으로 반사되어 광위치센서(14)에 부여된다.

이하에서는, 레이저 광원으로부터 발해진 「레이저광」을 부호 L0로 표시하고, 이 레이저광(L0)이 반사면(12c)에서 반사되어 반도체층(7)에 부여되는 「레이저 입사광」을 부호 Ld로 표시하며, 반도체층(7)의 표면에서 반사되어 되돌아오는 「레이저 반사광」을 부호 Lv로 표시하여, 서로 구별하여 설명할 수 있도록 한다.

피봇 미러(12) 및 빔 스프리터(13)는, 제1의 창(8) 밖에 나란히 설치되고, 제1의 창(8)에 장착된 투명판을 통하여 상기 기판(6)의 바로 위에서 대향하고 있다. 레이저 입사광(Ld)과 레이저 반사광(Lv)은, 모두 제1의 창(8)을 통과한다.

다만, 본 발명의 측정장치는, 도 3 이하에 나타내는 바와 같이, 빔 스프리터(13)가 설치되어 있지 않고, 피봇 미러(12)가 제1의 창(8)의 외측에 배치되며, 광위치센서(14)가 챔버(2)에 설치된 제2의 창(9)의 외측에 설치되어 있어도 좋다. 이 경우는, 레이저 입사광(Ld)이 제1의 창(8)을 통과하여, 레이저 반사광(Lv)이 제2의 창(9)을 통과한다.

회로구성부(10B)에는, 레이저 발광제어부(15)와 미러 구동제어부(16) 및 반사광 분석부(17) 등이 설치되어 있다. 레이저 발광제어부(15)는, 발광장치(11)에 있어서의 레이저광의 발광 타이밍을 제어한다. 미러 구동제어부(16)는, 구동부(12a, 12b)를 동작시키고, 피봇 미러(12)의 반사면(12c)의 방향을 제어한다.

광위치센서(14)는 PSD(Position Sensitive Detector)이다. 레이저 반사광(Lv)이 광위치센서(14)에 수광되면, 광위치센서(14)에서는, 그 수광점의 위치가 검지된다. 이 위치 검지출력이 반사광 분석부(17)에 부여되면, 상기 수광점의 평면 좌표상의 위치가 산출되고, 이 산출치가 중앙 제어장치(20)에 부여된다.

중앙 제어장치(20)는 마이크로컴퓨터와 메모리 등으로 구성되어 있다. 레이저 발광제어부(15)와 미러 구동제어부(16)는, 중앙 제어장치(20)로 제어되고, 레이저광(L0)의 발광 타이밍과 피봇 미러(12)의 반사면(12c)의 방향이, 서로 동기하여(synchronously) 제어된다.

상기 반사광 분석부(17)에서 분석된 수광점의 평면 좌표상의 위치정보가 중앙 제어장치(20)에 부여되면, 피봇 미러(12)의 반사면(12c)의 각도 즉, 반도체층(7)의 표면에의 레이저 입사광(Ld)의 입사방향(입사각도)과, 반사광 분석부(17)에서 분석된 수광점의 위치정보, 즉 레이저 반사광(Lv)의 반사방향(반사각도)으로부터, 레이저 입사광(Ld1)이 조사된 반도체층(7)상의 입사점에서의 표면의 기울기 각도가 산출된다. 다음에 설명하는 바와 같이, 상기 입사점은 복수 개소로 설정되기 때문에, 각각의 입사점으로의 레이저 입사광(Ld)의 입사방향과, 각각의 입사점으로부터의 레이저 반사광(Lv)의 반사방향을 분석함으로써, 반도체층(7)의 표면의 형상, 즉 휨의 존재나 휨의 곡률, 표면의 물결 형상이나 꾸불꾸불한 형상 등, 표면의 형상이 산출된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버(2)의 도입로(4)로의 재료 공급은, 재료 가스 제어부(21)에서 제어된다. 상기 중앙 제어장치(20)로부터의 지령이 재료 가스 제어부(21)에 부여되면, 반도체층(7)을 성막하기 위한 원소(원료 분자)를 포함하는 원료 가스의 종류나 공급량 및 공급 압력 등이 제어된다. 중앙 제어장치(20)에 의하여, 반도체층(7)의 표면의 휨 등이 산출되면, 챔버(2) 내에, 측정된 휨을 없애는 방향의 휨을 발생시키기 위한 원료 이외의 재료를 공급하는 등의 보정 제어가 행해진다.

상기와 같이 구성된 상기 측정장치(10A) 및 회로구성부(10B)의 처리 동작에 의하여, 기판과 막의 적층체의 휨 등을 측정하는 방법에 대하여 설명한다. 이하에서는, 상기 측정장치(10)를 사용하고, 성막 중 또는 성막 완료 후의 반도체층(7)의 표면 형상을 측정하는 측정방법에 대하여 설명한다. 다만, 성장하는 막이 투명한 경우에는, 기판의 표면에 레이저광을 부여하고, 기판의 휨을 측정할 수 있도록 해도 좋다.

도 2에는, 반도체층(7)의 표면에 있어서 레이저 입사광(Ld)이 조사되는 입사점(P1, P2, P3)의 위치와, 상기 입사점(P1, P2, P3)을 향하는 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)의 입사방향 및 레이저 반사광(Lv1, Lv2, Lv3)의 반사방향이 나타나 있다.

성막장치(1)에서는, 히터(3a)로 테이블(3) 및 기판(6)이 가열된 상태에서, 챔버(2) 내에 원료 가스(5)가 도입되고, 투명한 기판(6)의 표면에 반도체층(7)이 성장해 간다. 기판(6)의 표면에 성막되는 반도체층(7)은, 발광 다이오드나 그 외의 반도체소자의 분자층을 형성하기 위한 것이며, 예를 들면, AlN, GaAs, GaN, InP, Si, SiC이다.

도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 테이블(3)에는 복수의 기판(6)이 얹혀져 있다. 테이블(3)은 모터에 의해 구동되고, 반시계방향회전으로 공전 가능하게 되어 있다. 또, 각각의 기판(6)은, 모터에 의해 구동되고, 테이블(3)상에서 개별적으로 반시계방향회전으로 자전 가능하게 되어 있다.

측정장치(10A)에 의한 측정이 개시되면, 레이저 발광제어부(15)에 의하여 발광장치(11)에서의 레이저광(L0)의 발광 타이밍이 제어되고, 이것에 동기하여 미러 구동제어부(16)에 의하여, 피봇 미러(12)의 반사면(12c)의 방향이 제어된다. 이 제어동작은 고속으로 연속적으로 또는 간헐적으로 행해지며, 레이저광(L0)은, 반사면(12c)의 방향의 변화에 따라, 막의 표면이 다른 조사점에 차례로 조사된다. 도 2의 실시형태에서는, 반사면(12c)의 동작에 의해, 레이저광(L0)이, 반도체층(7)의 표면에 있어서의 입사점(P1)을 향하여 조사되는 레이저 입사광(Ld1)과, 입사점(P2)을 향하여 조사되는 레이저 입사광(Ld2)과, 입사점(P3)을 향하여 조사되는 레이저 입사광(Ld3)의, 실질적으로 3개의 레이저 입사광이 되도록 연속적으로 변환된다. 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)은, 반도체층(7)의 표면에 1회씩 조사되어도 좋고, Ld1→Ld1→Ld3의 차례로, 복수 사이클로 조사되어도 좋다.

이 제어에서는, 우선 피봇 미러(12)의 중립적인 위치를 결정하고, 막 표면의 소정 점(도 2의 F)을 결정하며, 이 소정 점(F)의 근방에 레이저 입사광을 부여하고, 소정 점(F)의 주위에 조사점을 설정한다. 상기 소정 점은, 복수의 조사점(P1, P2, P3)의 조사 영역을 결정하는 타겟 포인트이며, 이 소정 점(F)에는 레이저광은 부여되지 않는다.

도 2(b)는, 도 2(a)에 나타낸 기판(6) 및 반도체층(7)을 측방으로부터의 시점에서 본 측면도이다. 원형의 기판(6)은, 그 둘레가장자리부가 링 형상의 유지 지그(25)로 유지되고, 테이블(3)상에서 고정되어 있다. 도 2(b)에서는, 기판(6)과 반도체층(7)의 적층체가 위쪽으로 볼록형상으로 되는 휨이 발생하고 있는 상태를 나타내고 있다.

도 2에서는, 기판(6)이 회전되지 않고 정지한 상태로, 피봇 미러(12)에서 연속적으로 또는 간헐적으로 입사방향이 바뀐 실질적으로 3개의 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)이 반도체층(7)의 표면의 3개의 입사점(P1, P2, P3)에 조사되고 있다.

레이저 입사광 Ld1은 입사점 P1에서 반사되어, 레이저 반사광 Lv1이 된다. 마찬가지로, 레이저 입사광 Ld2가 입사점 P2에서 반사되어, 레이저 반사광 Lv2이 되며, 레이저 입사광 Ld3가 입사점 P3에서 조사되어, 레이저 반사광 Lv3이 된다.

레이저 입사광 Ld1의 입사방향에 대한 레이저 반사광 Lv1의 반사방향의 각도의 변화를 측정하면, 입사점 P1에서의 반도체층(7)의 표면에 기울기 각도를 알 수 있다. 마찬가지로, 레이저 입사광 Ld2, Ld3의 입사방향에 대한 레이저 반사광 Lv2, Lv3의 반사방향의 각도의 변화를 측정하면, 입사점 P2, P3에서의 반도체층(7)의 표면의 기울기 각도를 알 수 있다. 각각의 입사점(P1, P2, P3)에서의 표면의 기울기 각도를 아는 것으로, 입사점(P1, P2, P3)을 포함하는 소정의 영역, 즉 소정 점(F)을 포함하는 영역의 곡률을 아는 것이 가능하다.

레이저 입사광의 조사방향을 3방향으로 하고, 3개소의 입사점(P1, P2, P3)에 레이저 입사광을 조사함으로써, 기판(6)이 정지하고 있는 상태 또는 자전만을 행하고 있는 상태에서, 휨의 정점이 제1의 창(8)의 바로 아래에 위치하고, 소정 점(F)이 휨의 정점이었더라도, 휨의 곡률을 측정할 수 있다. 또한 자전하면서 공전하는 기판(6)에 형성된 반도체층(7)의 표면에, 적어도 2개소의 입사점에서, 바람직하게는 3개소의 입사점을 설정함으로써, 반도체층(7)의 표면의 형상 변화에 관한 정보량이 많아져, 막의 표면 형상을 상세하게 분석하는 것이 가능하다.

도 3(a)(b)는, 측정장치(10)에 의하여 반도체층(7)의 표면 형상을 측정하는 원리를 나타내고 있다. 이하에서는, 도 1과는 달리, 빔 스프리터(13)가 설치되어 있지 않고, 피봇 미러(12)가 챔버(2)의 제1의 창(8)의 외측에 대향하며, 광위치센서(14)가 제2의 창(9)의 외측에 배치된 구조를 기본으로 하여, 측정원리를 설명한다. 이 측정원리는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 빔 스프리터(13)를 가지는 측정장치(10A)에 있어서도 같다.

도 3(a)는, 반도체층(7)의 기울기 상방으로부터의 시점에 의한 구성을 모식적으로 표시하고 있다. 기판(6)에 성막 중의 또는 성막 후의 반도체층(7)은, 흰색 화살표로 나타내는 방향으로 회전 이동하고 있는 것으로 한다.

레이저 발광제어부(15)와 미러 구동제어부(16)를 고속으로 동기하여 동작시킴으로써, 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)의 조사방향이 고속으로 전환되고, 반도체층(7) 표면의 3개의 입사점에 레이저광이 고속으로 전환되어 차례로 조사된다. 어느 시점에서, 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)이 조사되는 입사점이, 도 3(a)에 나타내는 P1, P2, P3이라고 하면, 입사점 P1에서 반사된 레이저 반사광 Lv1이, 광위치센서(14)의 수광점 R1에서 수광된다. 마찬가지로 입사점 P2에서 반사된 레이저 반사광 Lv2가, 광위치센서(14)의 수광점 R2에서 수광되고, 입사점 P3에서 반사된 레이저 반사광 Lv3이, 광위치센서(14)의 수광점 R3에서 수광된다.

광위치센서(14)에서는, 레이저 반사광(Lv1, Lv2, Lv3)을 다른 시각으로 차례로 수광하기 때문에, 광위치센서(14)에서의 데이터의 취득 타이밍을 조정함으로써, 각각의 수광점(R1, R2, R3)의 검지위치를 개별적으로 검지할 수 있다. 이 검지 출력은 반사광 분석부(17)에 부여된다.

도 3(b)는, 레이저 입사광 Ld2가 반도체층(7)의 표면의 입사점 P2에 부여되고, 그 레이저 반사광 Lv2가 광위치센서(14)의 수광점 R2에서 검지되어 있는 상태를 나타내고 있다. 이때의 레이저 입사광(Ld)의 편향각은 θ이다. 위치(Le)는, 반도체층(7)의 표면에 있어서의 입사점 P2가 높이 레벨을 나타내고 있다. D1은, 피봇 미러(12)에 대한 레이저광(L0)의 입사점 M0으로부터, 상기 위치(Le)까지의 높이 방향의 거리를 나타내고 있다. D2는 광위치센서(14)에서의 수광점 R2로부터 상기 위치(Le)까지의 높이 거리를 나타내고, D3는 피봇 미러(12)에 대한 레이저광(L0)의 입사점(M0)과 광위치센서(14)에서의 수광점 R2 사이의 수평방향으로의 거리를 나타내고 있다.

도 3(b)에 나타내는, 상기 편광각(θ)의 정보와, 각 거리(D1, D2, D3)의 정보로부터, 중앙 제어장치(20)에서는, 입사점 P2에서의, 반도체층(7)의 표면의 각도를 알 수 있다. 입사점 P1, P3에 있어서도 마찬가지로, 반도체층(7)의 표면의 각도를 알 수 있고, 입사점 P1, P2, P3을 포함하는 영역의 휨의 곡률을 산출할 수 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 기판(6)과 반도체층(7)이 이동해 가면, 3개의 입사점이 P1', P2', P3'에서 P1", P2", P3"로 변화해 가지만, 각각의 영역에 있어서, 3개의 입사점으로부터의 반사정보를 얻음으로써, 반도체층(7)의 표면 형상의 변화를 연속적으로, 또는 간헐적으로 측정할 수 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 실시형태의 측정장치(10)에서는, 미러 구동제어부(16)에서 구동부(12a, 12b)의 동작을 제어하고, 피봇 미러(12)로 반사되는 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)의 편광각(도 3(b)에 나타내는 θ)을 각각 변화시켜, 3개의 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)의 입사방향의 상대 각도를 변화시킬 수 있다. 그 결과, 반도체층(7)의 표면의 입사점(P1, P2, P3)의 상대 위치, 즉 소정 점(F)으로부터의 입사점(P1, P2, P3)까지의 거리를 변화시킬 수 있다.

입사점(P1, P2, P3)은, 레이저광을 부여하는 면을 수평한 평면으로 가정했을 때에, 정삼각형의 각각의 정점에 위치하는 것이 바람직하다. 3개의 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)의 입사방향의 상대 각도를 변화시킴으로써, 상기 삼각형의 크기를 비슷한 상태를 유지하여 변화시킬 수 있다. 또, 삼각형의 크기를 변화시킴과 함께, 정삼각형 이외의 삼각형으로 변화시켜도 좋다.

도 4에서는, 반도체층(7)이 흰색 화살표의 방향으로 이동해 감에 따라서, 3개의 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)이 조사되는 입사점의 위치가 P1, P2, P3로부터, P1', P2', P3'로 이행되고, 또한 P1", P2", P3"로 이행되어 간다. 3개소의 입사점이 정점에 위치하는 삼각형의 크기는, P1, P2, P3로 형성되는 것보다, P1', P2', P3'로 형성되는 것이 크고, 또한 P1", P2", P3"의 것이 최소로 되어 있다.

이와 같이, 3개의 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)의 입사방향의 상대적인 각도를 변화시켜, 입사점(P1, P2, P3)의 위치, 즉 각각의 입사점의 간격을 변화시킴으로써, 측정하고 있는 막 표면의 곡률 등에 따른 적절한 측정이 가능하게 된다. 예를 들면, 중앙 제어장치(20)는, 검출되어 있는 막 표면의 곡률이 소정치보다 작아졌다고 판단되었을 때(평면에 가깝게 되어 있을 때)에, 입사점(P1, P2, P3)의 간격을 넓힘으로써, 곡률 반경을 정밀도 좋게 측정할 수 있게 된다. 반대로, 측정하고 있는 막 표면의 곡률이 커지면, 각각의 레이저 반사광(Lv1, Lv2, Lv3)의 상대적인 확대각(relative spread angle)이 커져, 광위치센서(14)로 3개의 수광점(R1, R2, R3)을 모두 검지할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 입사점(P1, P2, P3)의 간격을 좁힐 수 있다.

다음으로, 실시형태의 측정장치(10)에서는, 미러 구동제어부(16)에서 구동부(12a, 12b)를 제어하고, 피봇 미러(12)로부터 막 표면으로 향해지는 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)의 입사방향의 상대 각도를 바꾸지 않고, 모든 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)의 편광각(입사각)을 변화시킬 수 있다. 이 제어에 의해, 입사점(P1, P2, P3)이 정점에 위치하는 삼각형의 형상과 크기를 변화시키지 않고, 입사점(P1, P2, P3)의 중심에 설정되는 소정 점(F)과, 피봇 미러(12)에 대한 레이저광(L0)의 입사점(M0)을 연결하는 가상 중심선의, 막에 대한 입사방향을 바꿀 수 있다.

도 5에서는, 기판(6)과 반도체층(7)이 흰색 화살표의 방향으로 이동하는 것을 상정하고 있다. 어느 시점에서의, 반도체층(7)에 대향하는 피봇 미러의 위치를 부호 12A로 나타내고 광위치센서의 위치를 14A로 나타내고 있고, 반도체층(7)이 소정 거리 이동한 후의, 반도체층(7)에 대향하는 피봇 미러의 위치를 부호 12B로 나타내며 광위치센서의 위치를 14B로 나타내고 있다. 또, 피봇 미러가 12A의 위치에 있고 광위치센서가 14A의 위치에 있을 때의, 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)의 평균 편광각(입사점(M0)과 소정 점(F)을 연결하는 가상 중심선의 편광각)을 θ1로 하고, 피봇 미러가 12B로 이동하여 광위치센서가 14B로 이동했을 때의, 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)의 평균 편광각(입사점(M0)과 소정 점(F')을 연결하는 가상 중심선의 편광각)을 θ2로 하고 있다.

성막 중의 막 표면의 곡률이나 기울기 각도는 장소마다 다르고, 입사점(P1, P2, P3)이 설정되는 막 표면의 기울기 방향은 상시 변화한다. 이 기울기의 정도에 따라서는, 모든 레이저 반사광(Lv1, Lv2, Lv3)이, 제2의 창(9)을 통과할 수 없거나, 모든 레이저 반사광(Lv1, Lv2, Lv3)을 광위치센서(14)로 수광할 수 없는 경우도 있다. 그래서, 피봇 미러(12)의 방향을 바꾸어, 입사점(M0)과 소정 점(F, F')을 연결하는 가상 중심선의 입사방향을 변화시킴으로써, 모든 레이저 반사광(Lv1, Lv2, Lv3)이, 상시 제2의 창(9)을 통과할 수 있고, 광위치센서(14)에서 모든 레이저 반사광(Lv1, Lv2, Lv3)을 수광할 수 있도록 제어하는 것이 가능하게 된다.

도 6은, 본 발명의 표면 형상의 측정방법과 측정장치를 나타내는 더 구체적인 실시형태를 나타내고 있다.

도 6에 나타내는 실시형태에서는, 발광장치(11)에서 발해지는 레이저광(L0)이, 피봇 미러(12)와 제2의 미러(113)에서 반사되고, 빔 스프리터(13)와, 제1의 창(8)에 끼워진 유리판 등의 투명판(8A)을 투과하여, 챔버(2) 내의 반도체층(7)의 표면에 부여된다.

제1의 미러인 피봇 미러(12)는, 도 1에 나타내는 구동부(12a, 12b)로 구동되는 것이며, 피봇 미러(12)의 동작에 의해, 레이저광(L0)의 방향을 바꿀 수 있고, 3개의 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)이 막을 향하여 입사된다. 제2의 미러(113)는, 3개의 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)의 각각이 막의 표면을 향하는 방향을 변화시키는 것이다. 즉, 제2의 미러(113)는, 막의 표면에 설정되는 소정 점(F)으로의 입사방향을 변화시키는 것이다. 제2의 미러(113)를 마련함으로써, 피봇 미러(12)의 동작으로서는, 레이저광(L0)의 방향을 3개의 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)의 방향으로 변환하는 것만으로 좋기 때문에, 피봇 미러(12)의 동작 제어를 단순화할 수 있다.

제2의 미러(113)의 방향은, 수동으로 변화시키도록 해도 좋고, 코일과 마그넷을 가지는 전자 구동장치 등을 사용하여, 제2의 미러(113)의 방향을 상시 변화시키도록 제어할 수도 있다. 이 경우에는, 피봇 미러(12)는, 레이저광(L0)을 3개의 레이저 입사광(Ld1, Ld2, Ld3)에 연속적으로 또는 간헐적으로 변화시키도록 고속으로 동작시키고, 제2의 미러(113)는, 막 표면의 방향의 변화에 대응하도록, 비교적 저속으로 동작시키게 된다.

한편, 레이저 입사광(Ld) 중 빔 스프리터(13)를 투과할 수 없었던 반사 성분의 반사를 더 방지하기 위한 광흡수부재(114)를 마련하고, 또, 챔버(2)로부터 되돌아가 투명판(8A)에서 방향을 바꿀 수 있는 광성분의 반사를 방지하기 위한 광흡수부재(115)가 마련되어 있다. 광흡수부재(114, 115)는, 흑색 등의 광흡수색으로 형성되며, 또는 빛을 난반사시키는 난반사면을 가지는 것으로서 구성된다.

상기와 같이, 복수의 입사점에서의 레이저 반사광의 각도 변화를 검지함으로써, 반도체층(7) 표면의 형상을 상시 측정할 수 있고, 중앙 제어장치(20)에서 재료 가스 제어부(21)를 제어하며, 챔버(2)로 공급하는 재료 가스를 변화시키거나, 재료 가스의 공급량을 변화시킴으로써, 기판(6)과 반도체층(7)의 표면 형상의 휨을 리얼 타임으로 교정할 수 있다.

상기 실시형태의 측정장치(10A)는, 레이저광(L0)의 발광 타이밍과, 피봇 미러(12)의 반사면(12c)의 방향을 바꿈으로써, 또한 레이저 입사광의 개수를 1개, 2개, 혹은 4개 이상으로 변화시킬 수 있고, 측정해야 할 막의 종별에 따라, 또는 형상에 따라, 최적인 형상 측정을 실현할 수 있다. 혹은, 레이저광(L0)의 발광 타이밍과, 피봇 미러(12)의 반사면(12c)의 방향을 바꿈으로써, 입사점(P1, P2, P3)이 정점에 위치하는 삼각형을, 동시에 복수 개소로 설정하는 것도 가능하다. 또, 레이저 반사광(Lv)이 되돌아오는 위치가 넓어지는 경우에는, 광위치센서(14)를 복수개 나란히 배치하는 것도 가능하다.

1: 성막장치
2: 챔버
3: 테이블
6: 기판
7: 반도체층
8: 제1의 창
9: 제2의 창
10A: 측정장치
10B: 회로구성부
11:　발광장치
12: 피봇 미러(제1의 미러)
12a, 12b: 구동부
13: 빔 스프리터
14: 광위치센서
15: 레이저 발광 제어부
16: 미러 구동 제어부
17: 반사광 분석부
20: 중앙 제어장치
21: 재료 가스 제어부
113: 제2의 미러
Ld1, Ld2, Ld3: 레이저 입사광
Lv1, Lv2, Lv3: 레이저 반사광
P1, P2, P3: 입사점

Claims

챔버 내에서 기판의 표면에 성장하는 막의 표면 형상을 측정하는 방법에 있어서,
미러의 각도를 연속적 또는 간헐적으로 고속으로 변화시키고, 상기 미러에 의하여, 단일 레이저광을 그 입사방향을 바꾸면서, 막의 표면 또는 상기 기판의 표면의 소정 점의 주위의 복수의 조사점에 부여하여, 레이저광의 반사방향을 광위치센서로 검지하고, 복수의 상기 조사점으로부터 반사되는 레이저광으로부터, 각각의 조사점에서의 상기 표면의 기울기를 검지하고, 그 기울기로부터, 상기 소정 점 및 각 조사점을 포함하는 영역에서의 표면의 휨을 계산하고,
상기 조사점을 3개소 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 표면 형상의 측정방법.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저광의 조사 타이밍과, 상기 미러의 반사 각도를, 제어함으로써, 막의 표면으로의 레이저광의 입사방향을 변화시키는 표면 형상의 측정방법.
제 2 항에 있어서,
복수의 상기 조사점의 표면상의 상대 거리 또는 상기 소정 점으로부터 각각의 상기 조사점까지의 거리를 변화시키는 표면 형상의 측정방법.
제 3 항에 있어서,
측정된 막의 표면 또는 기판의 표면의 휨에 따라 상기 거리를 변화시키는 표면 형상의 측정방법.
제 3 항에 있어서,
측정된 막의 표면 또는 기판의 표면의 곡률에 따라 상기 거리를 변화시키는 표면 형상의 측정방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미러의 각도를 제어함으로써, 상기 소정 점으로 향하는 입사각도를 변화시키고, 복수의 상기 조사점으로부터 반사된 모든 상기 레이저광을 상기 광위치센서에서 수광할 수 있도록 하는 표면 형상의 측정방법.
제 6 항에 있어서,
레이저광을 2개의 미러로 막의 표면을 향하고, 제1의 미러로, 상기 소정 점의 주위의 복수의 조사점에 레이저광을 부여하며, 제2의 미러로, 상기 소정 점으로 향하는 입사각도를 변화시키는 표면 형상의 측정방법.
삭제
챔버 내에서 기판의 표면에 성장하는 막의 표면 형상을 측정하는 측정장치에 있어서,
단일 레이저광을 부여하는 발광장치와, 상기 레이저광을 상기 막의 표면을 향하여 반사하는 미러와, 상기 미러의 반사방향을 변화시키는 구동부가 마련되고, 상기 미러의 각도를 연속적 또는 간헐적으로 고속으로 변화시켜, 상기 미러에 의하여, 단일 레이저광이, 그 입사방향을 바꾸면서 막의 표면 또는 상기 기판의 표면의 소정 점의 주위의 복수의 조사점에 부여되며,
각각의 상기 조사점으로부터 반사되는 레이저광의 광로상에 배치된 광위치센서가 마련되고, 레이저광의 반사방향이 상기 광위치센서로 검지되며, 복수의 상기 조사점으로부터 반사되는 레이저광으로부터, 각각의 조사점에서의 상기 표면의 기울기가 검지되고, 그 기울기로부터, 상기 소정 점 및 각 조사점을 포함하는 영역에서의 표면의 휨이 계산되고,
상기 조사점을 3개소 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 표면 형상의 측정장치.
제 9 항에 있어서,
상기 레이저광의 조사 타이밍과, 상기 미러의 반사 각도를, 제어함으로써, 복수의 상기 조사점의 표면상의 상대 거리 또는 상기 소정 점으로부터 각각의 상기 조사점까지의 거리가 변화하게 되는 표면 형상의 측정장치.
제 10 항에 있어서,
측정된 막의 표면 또는 기판의 표면의 휨에 따라, 또는 상기 표면의 곡률에 따라 상기 거리가 변화하게 되는 표면 형상의 측정장치.