DE19933213A1

DE19933213A1 - Verfahren und Einrichtung zur Oberflächenbehandlung

Info

Publication number: DE19933213A1
Application number: DE1999133213
Authority: DE
Inventors: Haruo Yoshida; Michiaki Endo; Michio Niwano; Nobuo Miyamoto; Yasuhiro Maeda
Original assignee: Advantest Corp; Niwano Michio
Current assignee: Advantest Corp; Niwano Michio
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2000-01-20
Also published as: JP3345590B2; JP2000091295A; US6508990B1

Abstract

Eine Substratbehandlungseinrichtung weist eine Substratbehandlungsvorrichtung auf, um bei einem zu behandelnden Substrat (12) eine erforderliche Behandlung durchzuführen, eine Vorrichtung (30) zum Sammeln von Infrarotstrahlung oder von Strahlung im nahen Infrarot, die von einer Infrarotstrahlungsquelle (20) ausgesandt wird, auf einem Außenumfangsteil des zu behandelnden Substrats (12), und zum Einführen der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot in das zu behandelnde Substrat (12), eine Vorrichtung (42) zum Detektieren der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot, welche Mehrfachreflexionen im Inneren des zu behandelnden Substrats (12) erfahren hat, und das zu behandelnde Substrat (12) verlassen hat, eine Vorrichtung (60) zum Untersuchen der detektierten Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot, eine Vorrichtung zur in-situ-Überwachung eines Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats (12), und Steuervorrichtungen (52, 54) zum Steuern der Substratbehandlungsvorrichtung auf der Grundlage des überwachten Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Oberflächenbehandlung zur Durchführung einer erforderlichen Behandlung bei einem Halbleitersubstrat, und insbesondere ein Verfahren und eine Einrichtung zur Oberflächenbehandlung, welche eine in-situ-Überwachung von Oberflächenzuständen eines Halbleitersubstrats am Herstellungsort durchführen können, und auf der Grundlage der in-situ-Überwachung Behandlungsbedingungen kontrollieren können, oder den Endpunkt der Behandlung feststellen können.

Seit einiger Zeit weisen Halbleitergeräte Elemente auf, die immer weiter verkleinert werden, und im immer stärkeren Ausmaß dreidimensional ausgebildet sind. Dies erschwert es Reinigungslösungen, in verkleinerte Bereiche oder steile Stufen einzudringen, oder dort ausgetauscht zu werden. Angesichts der weiteren Verkleinerung in der Zukunft wird die Trockenreinigung überlegt, die keine chemische Flüssigkeit verwendet.

Die Trockenreinigung stellt eine Vorgehensweise dar, bei welcher man UV-Strahlung zum Zerlegen oder Dissoziieren von Verunreinigungen auf ein Halbleitersubstrat einwirken läßt, oder aktive Substanzen zugeführt werden, während die UV-Strahlung eingesetzt wird, um hierdurch die Verunreinigungen zu zerlegen und zu entfernen, die an dem Halbleitersubstrat anhaften. Um beispielsweise organische Verunreinigungen auf Siliziumsubstraten zu entfernen, ist die Reaktion mit Ozon oder mit durch UV-Strahlung angeregtem Sauerstoff wirksam. Sauerstoffmoleküle werden in Sauerstoffatome durch Licht mit einer Wellenlänge von unterhalb 242 nm dissoziiert. Die organischen Verunreinigungen werden durch die Sauerstoffatome oxidiert, und in H₂O, O₂, CO, CO₂ und dergleichen zersetzt, die einen hohen Dampfdruck aufweisen. Organische Bindungen, beispielsweise C-C, C-H, C-O usw. können durch die UV-Strahlung aufgebrochen werden. Auf diese Weise können die Verunreinigungen auf dem Halbleitersubstrat entfernt werden.

Daher ist die Kenntnis der Oberflächenzustände von Halbleitersubstraten sehr wesentlich dafür, Steuerparameter für die Trockenreinigung zu kontrollieren, beispielsweise die optimale Bestrahlungsintensität, Wellenlänge, Sauerstoffmenge, usw. Daher sind ein Verfahren und eine Einrichtung zum Trockenreinigen erforderlich, welche die in-situ-Überwachung von Oberflächenzuständen eines Halbleitersubstrats am Herstellungsort gestatten, sowie die Steuerung von Betriebsparametern auf der Grundlage der Ergebnis der in-situ-Überwachung.

Andererseits wird in weitem Ausmaß das Plasmaätzverfahren bei Mustererzeugungsschritten zur Ausbildung von Gerätestrukturen auf Halbleitersubstraten eingesetzt. Seit einiger Zeit weisen Halbleitergeräte Elemente auf, die immer stärker verkleinert werden, und in immer höherem Ausmaß dreidimensional ausgebildet sind. Dies erschwert es Reinigungslösungen, in verkleinerte Bereiche oder steile Stufen einzudringen, oder dort ausgetauscht zu werden. Angesichts dieser Umstände ist man auf die Trockenreinigung unter Verwendung der Plasmaätzung aufmerksam geworden, nämlich als Reinigungsverfahren, welches keine chemischen Lösungen verwendet.

Hierbei stellt das Plasmaätzen ein Trockenätzen unter Verwendung von Plasmen reaktiver Gase dar, und entfernt zu behandelnde Substanzen hauptsächlich durch die Einwirkungen neutraler aktiver Materialien.

Der Plasmaätzvorgang wird durch ein dynamisches Gleichgewicht zwischen Adsorptions, -Reaktions- und Eliminierungsvorgängen zwischen einschließenden Radikalionen usw., die in der Gasphase zugeführt werden, und Abflüssen von Halbleitersubstratoberflächen bestimmt. Um bei dem Plasmaätzvorgang optimale Plasmaätzbedingungen einzustellen, und den Endpunkt der Plasmaätzung festzustellen, ist es äußerst wirksam, wenn man die Adsorptionszustände, die Zustände der chemischen Bindung, Strukturen und Dicken von Reaktionsschichten usw. von Oberflächenzuständen der Halbleitersubstrate kennt. Daher sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Plasmaätzung erforderlich, welche die in-situ-Überwachung von Oberflächenzuständen eines Halbleitersubstrats am Herstellungsort gestatten, und die Steuerung von Bezugsparametern auf der Grundlage der Ergebnisse der in-situ-Überwachung.

Daher ist die Kenntnis von Oberflächenzuständen von Halbleitersubstraten nicht nur beim Trockenreinigen und dem Plasmaätzen erforderlich, sondern auch bei verschiedenen anderen Gelegenheiten. Bislang wurden verschiedene Überwachungsverfahren vorgeschlagen, und einige davon in der Praxis eingesetzt.

Eine Vorrichtung zur Überwachung eines Oberflächenzustands eines Halbleitersubstrats durch innere Mehrfachreflexion von Infrarotstrahlung wird beispielsweise durch eine FT-IR- Einrichtung (Fourier-Transformationsspektroskopieeinrichtung) zur Verfügung gestellt, wie sie von Perkin-Elmer Co., USA vermarktet wird. Für weitere Anwendungen der Vorrichtung vermarktet beispielsweise Graseby Specac Limited verschiedene Zusatzgeräte.

Bei dem herkömmlichen Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung wird, wie in Fig. 11A gezeigt ist, ein zu behandelndes Substrat 112 in beispielsweise einen Streifen von 40 mm × 10 mm geschnitten, und wird von einer Infrarotstrahlungsquelle 104 ausgehende Infrarotstrahlung durch das zu behandelnde Substrat 102 geleitet, um Zustände der Substratoberflächen zu überwachen. Anderenfalls wird, wie in Fig. 11B gezeigt ist, ein zu behandelndes Substrat 102 mit einem verjüngten Ende versehen, und läßt man Infrarotstrahlung auf die Endoberfläche des zu behandelnden Substrats 102 einfallen, damit diese Mehrfachreflexionen im Inneren des Substrats erfährt, wodurch ein Oberflächenzustand des Substrats überwacht wird. Anderenfalls läßt man, wie in Fig. 110 gezeigt, Infrarotstrahlung auf ein zu behandelndes Substrat über ein Prisma 106 einfallen, welches oberhalb des Substrats angeordnet ist, so daß die Infrarotstrahlung Mehrfachreflexionen im Inneren des Substrats erfährt, wodurch ein Oberflächenzustand des Substrats überwacht wird.

Allerdings erfordern es diese Überwachungsverfahren, daß ein zu behandelndes Substrat in Streifen geschnitten wird, das zu behandelnde Substrat zusätzlich bearbeitet wird, oder ein Prisma oberhalb eines zu behandelnden Substrats angeordnet wird. Diese Überwachungsverfahren waren nicht bei der in-situ-Überwachung am Herstellungsort von Halbleitergeräten einsetzbar.

Ein Verfahren zur Überwachung organischer Verunreinigungen auf Halbleitersubstraten sind beispielsweise bekannt: GC/MS (Gaschromatographie/Massenspektroskopie) mit thermischer Desorption, APIMS (Atmosphärendruckionisationsmassenspektroskopie), TDS (thermische Desorptionsspektroskopie) usw. Diese Verfahren sind jedoch nicht dazu geeignet, bei der in-situ-Überwachung am Herstellungsort von Halbleitergeräten eingesetzt zu werden, da nämlich diese Verfahren nicht direkt große Räder mit Durchmessern von beispielsweise oberhalb von 300 mm überwachen können, deren Entwicklung erwartet wird, eine Vakuumumgebungsatmosphäre erfordern, niedrige Durchsatzraten aufweisen, und aus verschiedenen anderen Grünen.

Wie voranstehend geschildert sind die voranstehend aufgeführten herkömmlichen Überwachungsverfahren, welche nicht zerstörungsfrei sind, nicht bei der in-situ-Überwachung am Herstellungsort von Halbleitergeräten verwendbar, oder sind nicht für die Überwachung großer Halbleiterwafer einsetzbar. Diese Verfahren lassen sich nicht nur nicht bei der in-situ-Überwachung von Oberflächenzuständen eines Halbleitersubstrats zum Steuern von Betriebsparametern für die Trockenreinigung einsetzen, sondern ebenfalls nicht bei der in-situ-Überwachung von Oberflächenzuständen eines Halbleitersubstrats zum Steuern von Betriebsparametern für die Plasmaätzung.

Die Einrichtungen für das voranstehend geschilderte herkömmliche Trockenreinigen und Plasmaätzen enthalten keine geeigneten Vorrichtungen zur Bestätigung, ob jedes Substrat vorbestimmte Werte in tatsächlichen Schritten erreicht hat oder nicht, so daß das Trockenreinigen und das Plasmaätzen nach eingestellten Zeiträumen beendet werden, unabhängig davon, ob sämtliche Substrate vorbestimmte Werte erreicht haben. Daher sind die Behandlungen unzureichend, und bleiben Reste übrig, oder werden übermäßige Behandlungen durchgeführt, wodurch die Substrat beschädigt werden. Die übermäßigen Behandlungen sind im Hinblick auf die Durchsatzrate nachteilig.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Einrichtung zur Substratbehandlung, welche die in-situ-Überwachung von Oberflächenzuständen eines Halbleitersubstrats am Herstellungsort gestatten, und Steuerbetriebsparameter auf der Grundlage der Ergebnisse der Überwachung zur Verfügung stellen, und welche den Endpunkt der Behandlung feststellen können.

Das voranstehend geschilderte Ziel wird durch eine Substratbehandlungseinrichtung erreicht, welche aufweist:
eine Substratbehandlungsvorrichtung zur Durchführung einer erforderlichen Behandlung bei einem zu behandelnden Substrat; eine Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung einschließlich einer Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung zum Sammeln von Infrarotstrahlung oder von Strahlung im nahen Infrarot, die von einer Infrarotstrahlungsquelle ausgesandt wird, auf einem Außenumfangsteil des zu behandelnden Substrats, eine Infrarotstrahlungsdetektorvorrichtung zum Detektieren der Strahlung im Infrarot oder nahen Infrarot, welche Mehrfachreflexionen innerhalb des zu behandelnden Substrats erfahren hat, und aus dem zu behandelnden Substrat ausgetreten ist, und eine Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung zur Untersuchung der Strahlung im Infrarot oder nahen Infrarot, die von der Infrarotstrahlungsdetektorvorrichtung detektiert wird, wobei die Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung in-situ einen Oberflächenzustand des zu überwachenden Substrats überwacht, wenn das zu behandelnde Substrat von der Substratbehandlungsvorrichtung behandelt wird; und eine Steuervorrichtung zum Steuern der Substratbehandlungsvorrichtung auf der Grundlage des Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats, der von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung überwacht wurde. Bei einem zu behandelnden Substrat kann die Oberfläche diskontinuierlich und zerstörungsfrei überwacht werden, ohne verformt oder beschädigt zu werden, kann bei der Oberfläche eine zusätzliche chemische Ätzung, Bearbeitung der Endoberfläche, usw. durchgeführt werden, oder kann Strahlung im Infrarot oder nahen Infrarot durch optische Bauteile eingeführt werden, beispielsweise Prismen, die oberhalb des zu behandelnden Substrats angeordnet sind. Daher werden Oberflächenzustände eines zu behandelnden Substrats in-situ am Herstellungsort überwacht, und werden Betriebsparameter auf der Grundlage der Ergebnisse der Oberflächenzustandsüberwachung gesteuert, so daß das zu behandelnde Substrat ständig unter optimalen Bedingungen behandelt werden kann.

Bei der voranstehend geschilderten Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung den Oberflächenzustand des zu behandelnden Substrats auf der Grundlage spektroskopischer Ergebnisse überwacht, die sich bei Fourier-Transformationsspektroskopie ergeben.

Bei der voranstehend geschilderten Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung den Oberflächenzustand des zu behandelnden Substrats auf der Grundlage eines spektroskopischen Ergebnisses überwacht, welches man bei Infrarotspektroskopie unter Verwendung eines Beugungsgitters erhält.

Bei der voranstehend beschriebenen Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Substratbehandlungsvorrichtung eine Reinigungsvorrichtung zum Zersetzen und Entfernen einer Verunreinigung ist, die an dem zu behandelnden Substrat anhaftet, mittels Lichtbestrahlung, daß die Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung die Art und/oder Menge der Verunreinigung überwacht, die an dem zu behandelnden Substrat anhaftet, und daß die Steuervorrichtung die Behandlungsbedingungen zur Behandlung des zu behandelnden Substrats durch die Reinigungsvorrichtung auf der Grundlage der Art und/oder der Menge an Verunreinigung steuert, die von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung zur Verfügung gestellt wird.

Bei der voranstehend geschilderten Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Steuervorrichtung die Strahlungsintensität oder den Strahlungszeitraum des Lichts steuert, welches auf das zu behandelnde Substrat aufgestrahlt werden soll, auf der Grundlage der Art und/oder der Menge an Verunreinigung, die von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung ermittelt wird.

Bei der voranstehend geschilderten Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Reinigungsvorrichtung eine Zufuhrvorrichtung für eine aktive Spezies aufweist, die dazu dient, eine aktive Spezies zu liefern, welche mit der Verunreinigung reagiert.

Bei der voranstehend geschilderten Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Steuervorrichtung die Zufuhrmenge der aktiven Spezies, welches von der Zufuhrvorrichtung für die aktive Spezies geliefert werden soll, auf der Grundlage der Art und/oder der Menge an Verunreinigung steuert, die von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung mitgeteilt wird.

Bei der voranstehend geschilderten Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Einrichtung weiterhin eine Endpunktdetektorvorrichtung zum Detektieren des Endpunktes der Substratbehandlung aufweist, auf der Grundlage der Art und/oder der Menge an Verunreinigung, die von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung zur Verfügung gestellt wird.

Bei der voranstehend geschilderten Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Endpunktdetektorvorrichtung beurteilt, ob das zu bearbeitende Substrat an dem Endpunkt angekommen ist oder nicht, durch Vergleichen eines überwachten Pegels der Resonanzabsorptionsintensität der Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot der Verunreinigung, mit einem vorbestimmten Bezugspegel.

Bei der voranstehend geschilderten Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Substratbehandlungsvorrichtung eine Ätzvorrichtung zum Ätzen des zu behandelnden Substrats unter Verwendung eines Plasmas ist; und die Steuervorrichtung die Ätzbedingungen zum Ätzen des zu behandelnden Substrats durch die Ätzvorrichtung steuert, auf der Grundlage des Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats durch die Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung.

Bei der voranstehend geschilderten Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Steuervorrichtung einen Zustand des Plasmas auf der Grundlage des Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats steuert, der von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung überwacht wird.

Bei der voranstehend beschriebenen Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung einen Adsorptionszustand eines Zuflusses oder eines Abflusses überwacht, den Zustand einer chemischen Bindung, oder die Struktur einer reaktiven Schicht auf der Oberfläche des zu behandelnden Substrats.

Bei der voranstehend beschriebenen Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung die Art und/oder die Menge einer Verunreinigung überwacht, die an der Oberfläche des zu behandelnden Substrats anhaftet.

Bei der voranstehend geschilderten Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Einrichtung weiterhin eine Endpunktdetektorvorrichtung zum Detektieren des Endpunktes der Ätzung aufweist, auf der Grundlage des Oberflächenzustandes des zu behandelnden Substrats, der von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung überwacht wird.

Bei der voranstehend geschilderten Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Steuervorrichtung die Behandlung des zu behandelnden Substrats auf der Grundlage von Endpunktinformation anhält, die von der Endpunktdetektorvorrichtung zur Verfügung gestellt wird.

Bei der voranstehend geschilderten Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß das zu behandelnde Substrat ein geneigtes Teil auf dem Außenumfangsteil aufweist, welches durch Abschrägung der Ecke ausgebildet wird, die durch die Oberfläche des zu behandelnden Substrats und dessen Außenumfangsoberfläche festgelegt wird; und die Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung die Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot auf dem geneigten Teil des zu behandelnden Substrats sammelt.

Bei der voranstehend geschilderten Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung die Infrarotstrahlung oder die Infrarotstrahlung im nahen Infrarot in einem kreisförmigen oder empirischen oder elliptischen Brennpunkt sammelt.

Bei der voranstehend geschilderten Substratbehandlungseinrichtung ist es möglich, daß die Infrarotstrahlungsquelle eine explosionsgeschützte Infrarotstrahlungsquelle ist, welche eine Lichtquelle zum Aussenden der Strahlung im Infrarot oder nahen Infrarot aufweist, die in einem Behälter abgedichtet vorgesehen ist.

Das voranstehend geschilderte Ziel wird ebenfalls durch ein Substratbehandlungsverfahren erreicht, mit welchem bei einem zu behandelnden Substrat eine erforderliche Behandlung durchgeführt wird, mit folgenden Schritten: Sammeln von Infrarotstrahlung oder von Strahlung im nahen Infrarot auf - einem Außenumfangsteil eines zu behandelnden Substrats, bevor das zu behandelnde Substrat behandelt wird, oder bei der Behandlung des zu behandelnden Substrats, und Einführen der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot; Detektieren der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot, welche Mehrfachreflexionen in dem zu behandelnden Substrat erfahren hat, und aus dem zu behandelnden Substrat ausgetreten ist; Untersuchung der detektierten Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot zur Überwachung eines Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats; und Steuern von Behandlungsbedingungen zur Behandlung des zu behandelnden Substrats mit der erforderlichen Behandlung entsprechend dem überwachten Oberflächenzustand des zu behandelnden Substrats.

Das voranstehend geschilderte Ziel wird ebenfalls durch ein Oberflächenbehandlungsverfahren erzielt, mit welchem ein zu behandelndes Substrat einer erforderlichen Behandlung unterzogen wird, mit folgenden Schritten: Sammeln von Infrarotstrahlung oder von Strahlung im nahen Infrarot auf einem Außenumfangsteil eines zu behandelnden Substrats bei der Behandlung des zu behandelnden Substrats, und Einführen der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot; Detektieren der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot, welche Mehrfachreflexionen in dem zu behandelnden Substrat erfahren hat, und aus dem zu behandelnden Substrat ausgetreten ist; Untersuchung der detektierten Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot zur Überwachung eines Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats; und Detektieren eines Endpunktes der erforderlichen Behandlung des zu behandelnden Substrats auf der Grundlage des überwachten Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats.

Der Endpunkt der Behandlung eines zu behandelnden Substrats kann auf der Grundlage der Ergebnisse der Oberflächenzustandsüberwachung detektiert werden. Ein Gerät, welches auf dem zu behandelnden Substrat hergestellt wird, kann gegen stärkere Beschädigungen als erforderlich geschützt werden. Das Substrat kann der nächsten Bearbeitung zugeführt werden, ohne übermäßig behandelt worden zu sein, und es lassen sich höhere Durchsatzraten erzielen. Die Behandlung kann eine gleichmäßige Qualität aufweisen.

Bei dem voranstehend geschilderten Substratbehandlungsverfahren ist es möglich, daß ein überwachter Pegel der Resonanzabsorptionsintensität der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot mit einem vorbestimmten Bezugspegel verglichen wird, um zu beurteilen, ob die erforderliche Behandlung den Endpunkt erreicht hat oder nicht.

Bei dem voranstehend beschriebenen Substratbehandlungsverfahren ist es möglich, daß die erforderliche Behandlung zum Zersetzen und Entfernen einer Verunreinigung dient, die an dem zu behandelnden Substrat anhaftet, und zwar durch Lichtbestrahlung; und daß bei der Überwachung des Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats die an der Oberfläche des zu behandelnden Substrats anhaftende Verunreinigung überwacht wird, und die Behandlungsbedingungen für die Reinigungsbehandlung entsprechend der überwachten Art und/oder Menge an Verunreinigung gesteuert werden.

Bei dem voranstehend beschriebenen Substratbehandlungsverfahren ist es möglich, daß in dem Schritt der Reinigung des zu behandelnden Substrats eine aktive Spezies zugeführt wird, die mit der Verunreinigung reagiert.

Bei dem voranstehend beschriebenen Substratbehandlungsverfahren ist es möglich, daß die Zufuhrmenge der aktiven Spezies auf der Grundlage des Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats gesteuert wird.

Bei dem voranstehend beschriebenen Substratbehandlungsverfahren ist es möglich, daß eine Bestrahlungsintensität und ein Bestrahlungszeitraum für das Licht, welches auf das behandelnde Substrat aufgestrahlt werden soll, auf der Grundlage des Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats gesteuert wird.

Bei dem voranstehend beschriebenen Substratbehandlungsverfahren ist es möglich, daß die erforderliche Behandlung zur Ätzung des zu behandelnden Substrats unter Verwendung eines Plasmas dient, und die Bedingungen der Ätzung auf der Grundlage des überwachten Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats gesteuert werden.

Bei dem voranstehend beschriebenen Substratbehandlungsverfahren ist es möglich, daß ein Zustand des Plasmas auf der Grundlage des überwachten Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats gesteuert wird.

Bei dem voranstehend beschriebenen Substratbehandlungsverfahren ist es möglich, daß die Ätzbedingungen auf der Grundlage der Ergebnisse der Überwachung eines Adsorptionszustandes eines Zuflusses oder Abflusses bestimmt werden, der Zustände der chemischen Bindung oder der Strukturen reaktiver Schichten auf der Oberfläche des zu behandelnden Substrats.

Bei dem voranstehend beschriebenen Substratbehandlungsverfahren ist es möglich, daß die Ätzbedingungen auf der Grundlage überwachter Ergebnisse der Art und/oder der Menge an Verunreinigung festgelegt werden, die an der Oberfläche des zu behandelnden Substrats anhaftet.

Bei dem voranstehend beschriebenen Substratbehandlungsverfahren ist es möglich, daß die Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot auf ein abgeschrägtes Teil am Außenumfangsteil des zu behandelnden Substrats einfällt, welches durch Abschrägung der Ecke ausgebildet wird, die durch die Oberfläche des zu behandelnden Substrats und dessen Außenumfangsoberfläche festgelegt wird, und von dem abgeschrägten Teil in das zu behandelnde Substrat eingeführt wird.

Bei dem voranstehend geschilderten Substratbehandlungsverfahren ist es möglich, daß die Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot, die von dem zu behandelnden Substrat austritt, mittels Fourier- Transformationsspektroskopie spektroskopisch untersucht wird, und die Verunreinigung auf der Grundlage eines Ergebnisses der spektroskopischen Untersuchung überwacht wird.

Bei dem voranstehend beschriebenen Substratbehandlungsverfahren ist es möglich, daß die Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot, die von dem zu behandelnden Substrat austritt, spektroskopisch durch ein Beugungsgitter untersucht wird, und die Verunreinigung auf der Grundlage eines Ergebnisses der spektroskopischen Untersuchung überwacht wird.

Bei dem voranstehend geschilderten Substratbehandlungsverfahren ist es möglich, daß die Überwachung mehrfach wiederholt wird, während das zu behandelnde Substrat gedreht wird, um den Oberflächenzustand des zu behandelnden Substrats im wesentlichen über die gesamte Oberfläche des zu behandelnden Substrats zu überwachen, und daß die Behandlungsbedingungen für das zu behandelnde Substrat auf der Grundlage des überwachten Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats gesteuert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Substratbehandlungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Infrarotstrahlungsquelle der Substratbehandlungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3A und 3B Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zum Sammeln von Infrarotstrahlung auf dem Außenumfang des zu behandelnden Substrats mit Hilfe eines Konkavspiegels;

Fig. 4A und 4B Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zum Sammeln von Infrarotstrahlung auf dem Außenumfang des zu behandelnden Substrats mit Hilfe einer Zylinderlinse oder eines Schlitzes;

Fig. 5 ein Diagramm mit einer Darstellung der Einfallswinkelabhängigkeit des Energiereflexionsvermögens, wenn Infrarotstrahlung vom Inneren eines Siliziumsubstrats in Luft austritt;

Fig. 6 eine Darstellung des Aufbaus des Umfangsrandes eines 300 mm-Wafers entsprechend SEMI Standardspezifikationen;

Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung der Einstellung des Einfallswinkels von Infrarotstrahlung auf das zu behandelnde Substrat bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ein Diagramm der Spektren der inneren Mehrfachreflexion eines 300 mm-Wafers;

Fig. 9 ein Diagramm von Adsorptionsspektren, die aus der inneren Mehrfachreflexion des zu behandelnden Substrats erhalten werden;

Fig. 10 eine schematische Ansicht einer Substratbehandlungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 11A bis 11C Darstellungen zur Erläuterung herkömmlicher Verfahren und Einrichtungen zur Oberflächenzustandsüberwachung.

[Erste Ausführungsform]

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 9 werden das Verfahren und die Einrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht der Substratbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht einer Infrarotstrahlungsquelle der Substratbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Fig. 3A bis 3B sind Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zum Sammeln von Infrarotstrahlung durch einen Konkavspiegel entlang dem Außenumfang eines zu behandelnden Substrats. Die Fig. 4A bis 4B sind Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zum Sammeln von Infrarotstrahlung durch eine Zylinderlinse oder einen Schlitz entlang dem Außenumfang eines zu behandelnden Substrats. Fig. 5 ist ein Diagramm der Einfallswinkelabhängigkeit der Energiereflexionsvermögen zu jenem Zeitpunkt, an welchem die Infrarotstrahlung vom Inneren eines Siliziumsubstrats in Luft ausgesandt wird. Fig. 6 ist eine Darstellung des Aufbaus des Umfangsrandes eines 300-mm-Wafers gemäß SEMI-Standardspezifikationen. Fig. 7 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Einstellung eines Einfallswinkels der Infrarotstrahlung auf ein zu behandelndes Substrat, welches bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Substratbehandlung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird. Fig. 8 ist ein Diagramm von Prismen der inneren Mehrfachreflexion im Inneren des 300-mm-Wafers. Fig. 9 ist ein Diagramm von Absorptionsspektren, die sich aus der inneren Mehrfachreflexion im Inneren des zu behandelnden Substrats ergibt.

[1] Gesamtaufbau der Einrichtung

Die Substratbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird schematisch unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung bei einer Trockenreinigungseinrichtung eingesetzt.

Ein zu behandelndes Substrat 12, mit welchem die Trockenreinigung durchgeführt werden soll, ist auf einer Substrathalterung 10 angebracht. Eine Strahlungsquelle 50 zum Ausstrahlen von Energiestrahlung, beispielsweise UV-Strahlung, zum Dissoziieren der Bindungen organischer Substanzen, ist oberhalb der Substrathalterung 10 angeordnet. Ein Generator 54 für eine aktive Spezies zur Erzeugung einer aktiven Spezies (beispielsweise Ozon oder Sauerstoff im atomaren Zustand), welche mit organischen Substanzen auf dem zu behandelnden Substrat reagiert und diese zerlegt, ist nahe dem zu behandelnden Substrat 12 angeordnet.

In der Nähe des zu behandelnden Substrats 12 ist ein optisches System für Infrarotstrahlung vorgesehen, mit einer Strahlungsquelle 20, die Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot aussendet, einer Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30, welche Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot, die von der Infrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandt wird, zum Anlegen der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot an das zu behandelnde Substrat 12 sammelt, eine Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40, welche die Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot sammelt, die Mehrfachreflexionen im Inneren des zu behandelnden Substrats 12 erfahren hat und aus dem zu behandelnden Substrat 12 ausgetreten ist, und einem Infrarotstrahlungsdetektor 42, der die Infrarotstrahlung oder die Strahlung im nahen Infrarot detektiert, die von der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 gesammelt wurde.

Der Infrarotstrahlungsdetektor 42 ist an eine Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60 angeschlossen, welche die Oberflächenzustände des zu behandelnden Substrats 12 untersucht, auf der Grundlage der detektierten Signale, die von dem Infrarotstrahlungsdetektor 42 erzeugt werden. Die Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60 weist ein Spektrometer 62 auf, welches eine spektroskopische Zerlegung der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot durchführt, die von dem Infrarotstrahlungsdetektor 42 detektiert wird, und eine Berechnungsvorrichtung 64, welche Daten speichert, die bei der Untersuchung von Oberflächenzuständen verwendet werden sollen, und einen Endpunkt beurteilt, und vorbestimmte Berechnungen durchführt, auf der Grundlage der Daten und der Ergebnisse, die von dem Spektrometer 62 ausgegeben werden. Die Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60 ist an eine Strahlungsquelle 50 über eine Steuerung 70 und eine Strahlungsquellensteuervorrichtung 52 angeschlossen, die mit einem Generator 54 für eine aktive Spezies über die Steuerung 70 und eine Steuervorrichtung 56 für den Generator für eine aktive Spezies verbunden ist, und mit der Substrathalterung 10 über eine Steuerung 70 und eine Substrathalterungssteuervorrichtung 16 verbunden ist, so daß die Strahlungsquelle 50, der Generator 54 für die aktive Spezies, und die Substrathalterung 10 auf der Grundlage des Ergebnisses der Untersuchung der Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60 gesteuert werden können.

In dem optischen Weg des Infrarotstrahlungsdetektors 42 und dem optischen Weg der Infrarotstrahlung, die detektiert werden soll, sind Vorrichtungen (nicht dargestellt) zum Entfernen von Kohlendioxid (CO₂) in Luft vorgesehen, dessen Spektrum das Spektrum organischer Moleküle überlagert. In der Nähe der Substrathalterung 10 sind Substratspeicherkästen 80, 82 vorgesehen, in welchen zu behandelnde Substrate 12 nach und vor der Behandlung aufgenommen werden, und ist ein Substratfördersystem 84 vorgesehen, welches zu behandelnde Substrate, die in dem Substratspeicherkasten 80 aufbewahrt sind, fördert, um sie auf der Substrathalterung 10 anzubringen, oder die trockengereinigten, zu behandelnden Substrate von der Substrathalterung 10 zum Substratspeicherkasten 82 befördert.

Wie voranstehend geschildert zeichnet sich die Substratbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch das optische System für die Infrarotstrahlung aus, bei welchem Infrarotstrahlung dazu veranlaßt wird, Mehrfachreflexionen im Inneren eines zu behandelnden Substrats 12 zu erfahren, und hierdurch Oberflächenzustände des zu behandelnden Substrats 12 zu überwachen. Insbesondere wird das optische System für Infrarotstrahlung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt, wodurch organische Verunreinigungen und chemische Verunreinigungen auf einem zu behandelnden Substrat 12 in-situ überwacht werden können, ohne eine zusätzliche Bearbeitung, beispielsweise eine chemische Atzung, auf dem Substrat durchzuführen, oder Infrarotstrahlung in das Substrat über das Prisma einzuleiten, welches sich oberhalb des zu behandelnden Substrats 12 befindet.

Die Substratbehandlungseinrichtung, die ein derartiges optisches System für die Infrarotstrahlung aufweist, ermöglicht die in-situ-Überwachung von Oberflächenzuständen eines zu behandelnden Substrats 12 in dem Trockenreinigungsschritt, wodurch Betriebsparameter geeignet gesteuert werden können, auf der Grundlage der Ergebnisse der Überwachung, so daß die Trockenreinigung immer unter optimalen Bedingungen durchgeführt werden kann. Auf der Grundlage der Überwachungsergebnisse kann der Endpunkt der Trockenreinigung reflektiert werden.

Nunmehr werden die jeweiligen Bauteile der Substratbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 beschrieben. In Bezug auf Einzelheiten des Überwachungssystems wird auf den Text der japanischen Patentanmeldung Nr. 95853/1999 verwiesen. Die verschiedenen Überwachungssysteme, die in diesem Text beschrieben werden, können bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt werden.

(a) Spannungsquelle 50, Generator 54 für aktive Spezies

Die Strahlungsquelle 50 dient zum Dissoziieren und Verdampfen organischer Verunreinigungen, die an der Oberfläche eines zu behandelnden Substrats 12 anhaften, und sendet Strahlung mit einer Energie aus, die höher als die Bindungsenergie der anhaftenden organischen Verunreinigungen. Die Strahlungsquelle 50 kann eine UV-Strahlungsquelle sein, beispielsweise für Xenon-Exzimer-Licht, eine Niederdruckquecksilberlampe mit einer Emissionswellenlänge bei 185 nm und einer Emissionswellenlänge bei 254 nm, oder eine Ultraviolettlichtquelle, beispielsweise eine Exzimer-Lampe mit einer Entladung mit dielektrischer Barriere, die eine Wellenlänge von 172 nm ausweist, usw. Die Strahlung mit einer derartigen Energie wird eingesetzt, wodurch die Bindungen organischer Verunreinigungen, beispielsweise C-C, C-H, C-O, usw. dissoziiert werden können, um die Verunreinigungen von der Oberfläche des zu behandelnden Substrats 12 zu entfernen oder zu verdampfen.

Die von der Strahlungsquelle 50 auszusendende Strahlung kann durch die Steuerung 70 und die Strahlungsquellensteuervorrichtung 52 geeignet gesteuert werden, entsprechend einem Ergebnis der in-situ-Überwachung von Oberflächenzuständen des zu behandelnden Substrats 12. Beispielsweise kann die Strahlungsquelle 50 eines Typs, bei welchem die Strahlung in Impulsen ausgesandt werden kann, eine Impulsdauer und eine Impulsanzahl aufweisen, die auf der Grundlage eines Ergebnisses der in-situ-Überwachung durch das optische System für die Infrarotstrahlung gesteuert werden, wodurch nur organische Verunreinigungen entfernt oder verdampft werden, ohne ein Halbleitergerät zu beschädigen, welches auf dem zu behandelnden Substrat 12 hergestellt wird.

Die Strahlung zum Entfernen der organischen Verunreinigungen kann auf einmal auf die gesamte Oberfläche des zu behandelnden Substrats 12 aufgebracht werden, oder kann in einer bestimmten Punktgröße aufgebracht werden, so daß die gesamte Oberfläche des zu behandelnden Substrats 12 abgetastet wird, oder die Oberfläche in vorbestimmten Bereichen, um nur organische Verunreinigungen in diesen Bereichen zu entfernen.

Der Generator 54 für eine aktive Spezies, welcher beispielsweise Ozon, atomaren Sauerstoff liefert, dient zur Beschleunigung des Entfernens von Verunreinigungen von einem zu behandelnden Substrat 12 durch die Strahlungsquelle 50. Sauerstoffmoleküle werden in Sauerstoffatome durch Strahlung mit einer Wellenlänge von unterhalb von 242 nm zerlegt. Sauerstoffatome im atomaren Zustand werden auf die Oberfläche eines zu behandelnden Substrats 12 aufgebracht, um organische Verunreinigungen zu oxidieren, die an der Oberfläche anhaften, und sie in H₂O, O₂, CO, CO₂ usw. zu zerlegen, die einen hohen Dampfdruck aufweisen. Auf diese Weise wird die Reinigung beschleunigt.

Die Zufuhrmenge (Konzentration) der aktiven Spezies, die von dem Generator 54 für die aktive Spezies geliefert werden soll, kann durch die Steuerung 70 und die Steuervorrichtung 56 für den Generator für die aktive Spezies kontrolliert werden, auf der Grundlage eines Ergebnisses der Überwachung der Oberflächenzustände des zu behandelnden Substrats 12.

Die Strahlungsquelle 50 und der Generator 54 für die aktive Spezies können ebenso ausgebildet sein, wie sie ansonsten bei üblichen Trockenreinigungseinrichtungen verwendet werden.

Die Trockenreinigung mit einem derartigen Mechanismus ist nicht nur zur Entfernung organischer Verunreinigungen einsetzbar, sondern auch von chemischen Verunreinigungen, beispielsweise Ammonium (NH₃), usw., die vom menschlichen Körper erzeugt werden, oder AP-Reinigungslösung (Ammoniumperoxidreinigungslösung).

(b) Infrarotstrahlungsquelle 20

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weist die Infrarotstrahlungsquelle 20 eine Lichtquelle 24 zur Erzeugung von Infrarotstrahlung auf, eine rückwärtige reflektierende Platte 26 und eine vordere reflektierende Platte 28.

Die Lichtquelle 24 stellt Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot im Band von 2 bis 25 µm zur Verfügung, entsprechend den Molekülschwingungen organischer Moleküle. Beispielsweise kann Wärmestrahlung, die durch Anlegen eines Stroms an einen Heizfaden aus Siliziumkarbid (SiC) ausgesandt wird, als die Lichtquelle 24 verwendet werden. Die Lichtquelle aus SiC, beispielsweise eine SiC-Kugellampe oder dergleichen, weist die Eigenschaften auf, Infrarotstrahlung im Band von 1,1 bis 25 µm auszusenden, und ohne Verkleidung in der Luft eingesetzt werden zu können, ohne zu verbrennen. Die Alkylgruppe, Olefin, aromatische Gruppen, Aldehyd, Amid, Amin, Nitryl, Schwefeloxide, Kohlenstoff- Wasserstoffbindungen, und Stickstoff-Sauerstoffbindungen, usw. weisen Molekülschwingungsfrequenzen auf, die in diesem Infrarotstrahlungsbereich liegen.

Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot wird als Lichtquelle für die Überwachung eingesetzt, da Infrarotstrahlung ansich niedrigere Energieniveaus aufweist, verglichen mit Röntgenstrahlen, Gammastrahlen, Strahlen aus beschleunigten Elektronen, Strahlen aus beschleunigten Ionen, usw., so daß dann, wenn Infrarotstrahlung auf ein zu überwachendes Objekt einwirkt, die Möglichkeit äußerst gering ist, daß die Infrarotstrahlung das zu behandelnde Objekt beschädigt. Dies ist einer der Gründe dafür, warum Infrarotstrahlung als Sondenstrahlquelle ausgewählt wird, die nicht delikate, zu behandelnde Objekte beschädigt, beispielsweise höchstintegrierte Halbleitergeräte in ihren Herstellungsverfahren. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot besteht darin, daß ein Schwingungsfrequenzband von Molekülschwingungen organischer Verunreinigungen oder chemischer Verunreinigungen, die detektiert werden sollen, im wesentlichen im Schwingungsfrequenzband der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot liegen.

Die hintere Reflexionsplatte 26 und die vordere Reflexionsplatte 28 arbeiten als Teile der Infrarotstrahlungsquelle so, daß sie den Wirkungsgrad der effektiven Infrarotstrahlungsmenge bei konstantem angelegtem Strom erhöhen. Die hintere Reflexionsplatte 26 und die vordere Reflexionsplatte 28 weisen Oberflächen auf, die mit einem Material beschichtet sind, welches Infrarotstrahlung wirksam reflektiert, beispielsweise Aluminium oder dergleichen.

Die hintere Reflexionsplatte 26 wird durch eine parabelförmige Reflexionsplatte gebildet und ist so angeordnet, daß die Infrarotstrahlungsquelle 24 im Brennpunkt des Paraboloids angeordnet ist. Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungsquelle 24 ausgesandt wird, wird daher in im wesentlichen parallele Strahlen umgewandelt.

Die vordere Reflexionsplatte 28 dient dazu, die Erzeugung von Streulicht zu verhindern, welches für die Überwachung nicht erforderlich ist. Die vordere Reflexionsplatte 28 ist ebenso wie die hintere Reflexionsplatte 28 als parabolische Reflexionsplatte ausgebildet. Die vordere Reflexionsplatte 28 weist ein Austrittsfenster auf, durch welches nur Infrarotstrahlung austritt, die für die Überwachung erforderlich ist. Die vordere Reflexionsplatte 28 reflektiert Infrarotstrahlung, die für die Überwachung unnötig ist, wodurch die Erzeugung von Streulicht verhindert werden kann. Infrarotstrahlung, die auf der vorderen Reflexionsplatte reflektiert wird, wird erneut auf der hinteren Reflexionsplatte 26 reflektiert, und ein gewisser Anteil der reflektierten Infrarotstrahlung wird in im Ergebnis parallele Strahlen umgewandelt, wodurch die effektive Infrarotstrahlung erhöht wird. Allerdings ist die vordere Reflexionsplatte 28 nicht unbedingt erforderlich.

Das Austrittsfenster für die Infrarotstrahlung kann mit einer Infrarotstrahlung durchlassenden Substanz abgedeckt sein, um die Lichtquelle abzudichten, und die Infrarotstrahlungsquelle kann explosionsgeschützt ausgebildet sein. Die explosionsgeschützte Strahlungsquelle, bei welcher die Lichtquelle gegenüber der aktiven Spezies abgedichtet ist, ist für eine Trockenreinigungseinrichtung erforderlich, welche die aktive Spezies verwendet, beispielsweise Ozon oder Sauerstoff.

Die folgende Beschreibung erfolgt hauptsächlich auf der Grundlage eines Falls, in welchem das von der Lichtquelle 24 ausgesandte Licht Infrarotstrahlung ist, jedoch ist die vorliegende Erfindung ebenfalls bei einem Fall einsetzbar, in welchem das von der Lichtquelle 24 ausgesandte Licht Strahlung im nahen Infrarot ist.

(c) Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung 30

Bei der Substratbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bei der Überwachung von Oberflächenzuständen eines zu behandelnden Substrats 12 Infrarotstrahlung dazu veranlaßt, in ein zu behandelndes Substrat 12 über einen Teil des Außenumfangs des zu behandelnden Substrats 12 hineinzugelangen. Zu diesem Zweck ist es für einen höheren Einfallswirkungsgrad der in das zu behandelnde Substrat eintretenden Infrarotstrahlung wesentlich, daß Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandt wird, in einer vorbestimmten Form gesammelt wird, um die Infrarotstrahlung an das zu behandelnde Substrat anzulegen. Vorzugsweise wird Infrarotstrahlung zu einer elliptischen Form entlang dem Außenumfang eines zu behandelnden Substrats gesammelt.

Um Infrarotstrahlung in einem elliptischen Brennpunkt zu sammeln wird absichtlich die Aberration eines Linsensystems ausgenutzt. Eine längliche Brennpunktform kann dadurch ausgebildet werden, daß eine Koma-Aberration oder Verzerrung eines Linsensystems genutzt wird. Hierbei wird ein Konkavspiegel 34 angenommen, der eine größere Brennweite in der Richtung X als in der Richtung Y aufweist. Eine elliptische Brennpunktform kann auf dem Außenumfang eines zu behandelnden Substrats 12 dadurch erzeugt werden, daß die Infrarotstrahlungsquelle 20 im Zentrum des Konkavspiegels 34 angeordnet wird (sh. Fig. 3A). Wenn parallele Strahlen auf den in Fig. 3A gezeigten Konkavspiegel 34 auftreffen, bildet reflektierte Infrarotstrahlung einen Brennpunkt in der längeren Achse (Richtung X) unterhalb des zu behandelnden Substrats aus, und kann ein Brennpunkt in der kürzeren Achse (Richtung Y) auf dem Außenumfang des zu behandelnden Substrats ausgebildet werden (sh. Fig. 3B).

Die Brennpunktform der Infrarotstrahlung ist vorzugsweise elliptisch, kann jedoch auch kreisförmig sein. In Bezug auf den Einfallswirkungsgrad ist die kreisförmige Brennpunktform der elliptischen Brennpunktform geringfügig unterlegen. Zur Ausbildung einer kreisförmigen Brennpunktform kann beispielsweise eine konvexe Linse verwendet werden.

Es ist möglich, daß Infrarotstrahlung in eine längliche Brennpunktform umgewandelt wird, um an ein zu behandelndes Substrat 12 angelegt zu werden. Wie aus Fig. 4A hervorgeht, kann von der Infrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandte Infrarotstrahlung durch eine Zylinderlinse 36 gesammelt werden, oder kann, wie in Fig. 4B gezeigt, durch einen Schlitz 38 geleitet werden, um dann aufgebracht zu werden.

(d) Ausbildung des optischen Systems

Bei der Substratbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es wesentlich, Infrarotstrahlung an einem Punkt auf dem Außenumfang eines zu behandelnden Substrats 12 zu sammeln, die Infrarotstrahlung, welche in das zu behandelnde Substrat hineingelangt ist, zu inneren Mehrfachreflexionen zu veranlassen, und erneut die Infrarotstrahlung zu sammeln, welche von einem Punkt symmetrisch zum Einfallspunkt ausgetreten ist, damit sie dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 zugeführt werden kann. Zu diesem Zweck ist es wesentlich, wie die Infrarotstrahlung dazu veranlaßt wird, wirksam in das zu behandelnde Substrat hineinzugelangen.

Als nächstes werden die Bedingungen für die Mehrfachreflexion von Infrarotstrahlung im Inneren eines zu behandelnden Substrats sowie die Bedingungen dafür, daß Infrarotstrahlung zum Eintritt in das zu behandelnde Substrat veranlaßt wird, von außerhalb, erläutert.

Bei der Substratbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird Infrarotstrahlung dazu veranlaßt, Mehrfachreflexionen im Inneren eines zu behandelnden Substrats zu erfahren, Molekülschwingungen organischer Verunreinigungen oder chemischer Verunreinigungen zu detektieren, auf der Grundlage von Licht, welches auf den Oberflächen des zu behandelnden Substrats ausgetreten ist, um Oberflächenzustände des zu behandelnden Substrats zu überwachen. Daher ist es erforderlich, daß der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die in ein zu behandelndes Substrat hineingelangt, so eingestellt wird, daß die Infrarotstrahlung Mehrfachreflexionen im Inneren des zu behandelnden Substrats 12 erfährt.

Die Bedingungen dafür, daß bei Infrarotstrahlung eine perfekte Reflexion in einem zu behandelnden Substrat auftritt, ergeben sich durch Berechnungen auf der Grundlage des Snell'schen Gesetzes und der Energiereflexionsvermögen. Falls das zu behandelnde Substrat 12 ein Siliziumsubstrat ist, tritt bei Infrarotstrahlung eine perfekte Reflexion auf, wenn Infrarotstrahlung Winkel von 0 bis 72° bildet (sh. Fig. 5). Die Spur der Infrarotstrahlung mit einem Winkel in diesem Bereich wird zurückverfolgt, und ein Schnittpunkt zwischen der Endoberfläche des zu behandelnden Substrats und der Infrarotstrahlung ist ein Einfallspunkt der Infrarotstrahlung in das Siliziumsubstrat.

Die Substratbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine in-situ-Überwachung eines zu behandelnden Substrats 12 durchführen, ohne daß das Substrat 12 bearbeitet wird, und benutzt eine bearbeitete Form einer Endoberfläche des im Handel verfügbaren Substrats für das Einfallen der Infrarotstrahlung.

Die Formen der Endoberflächen von Halbleitersubstraten werden von SEMI (Semiconductor Equipment and Material International) festgelegt, und es wurden provisorisch Spezifikationen für 300 mm-Siliziumwafer festgelegt, die etwa um das Jahr 2001 herum eingesetzt werden sollen. Der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung wird auf der Grundlage eines Falles erläutert, in welchem ein Siliziumwafer mit 300 mm verwendet wird.

Die Endoberflächenform eines Siliziumwafers von 300 mm, die durch die SEMI-Standardspezifikationen festgelegt ist, ist so wie in Fig. 6 gezeigt. Ein Siliziumwafer von 300 mm wird daher als Scheibe mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Dicke von 750 µm ausgebildet, wobei die Grenzen zwischen einem Paar der Oberflächen und der Außenumfangsoberfläche abgeschrägt sind. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist bei der endbearbeiteten Form des Wafers ein Winkel von etwa 22° vorhanden, der durch die Linie A-B und die Linie C-B gebildet wird. Der unschraffierte Bereich ist der zulässige Bereich für die Bearbeitung der Form.

Wird angenommen, daß der Einfallswinkel für die sich im Substrat ausbreitende Infrarotstrahlung 70° ist, und die Spur der Infrarotstrahlung zurückverfolgt wird, um einen Einfallspunkt der Infrarotstrahlung am Schnittpunkt der Infrarotstrahlung und einer Endoberfläche festzulegen (der geneigte Abschnitt 14 zwischen B und C wird nachstehend als "Schrägteil" oder "Endteil" bezeichnet), nämlich des Siliziumsubstrats, so beträgt, wie aus Fig. 7 hervorgeht, der durch das Schrägteil 14 und die Infrarotstrahlung gebildete Winkel etwa 88°. Rechnet man daher den Winkel zurück auf der Grundlage des Snell'schen Gesetzes, mit einem Brechungsindex des Siliziumsubstrats von 3,42; dem Brechungsindex von Luft von 1,00; und dem Winkel zwischen der Normalen des Schrägteils 14 und der Infrarotstrahlung von 2°, so ergibt sich, daß Infrarotstrahlung in einem Winkel von 6,8° (etwa 74,8° in Bezug auf die ebenen Oberflächen des Substrats) einfällt, in Bezug auf die Normale des Schrägteils 14, so daß die in das Siliziumsubstrat eintretende Infrarotstrahlung Mehrfachreflexionen erfährt. Hierbei ist das Energiereflexionsvermögen am Einfallspunkt so hoch wie etwa 29,42%, jedoch wird Infrarotstrahlung mit einer Strahlungsintensität eingestrahlt, welche das hohe Reflexionsvermögen kompensiert.

Ein Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, der auf das Schrägteil 14 einfällt, kann durch festgelegt werden, daß auf die voranstehend geschilderte Weise der Einfallswinkel rückgerechnet wird, auf der Grundlage der Winkel der Mehrfachreflexion in dem Substrat.

Im Falle von Halbleitersubstraten abgesehen von einem Siliziumsubstrat und von Endoberflächenformen, die sich von den voranstehend beschriebenen Formen unterscheiden, können Einfallswinkel der Infrarotstrahlung durch dieselbe Prozedur festgelegt werden. Infrarotstrahlung kann auf das Schrägteil 14 der vorderen Oberfläche des Substrats oder das Schrägteil 14 der rückwärtigen Oberfläche des Substrats einfallen. Die Infrarotstrahlung kann auch gleichzeitig auf der vorderen und hinteren Oberfläche einfallen.

Ein weiteres Verfahren, um Infrarotstrahlung in das Eindringen in ein Substrat zu veranlassen, ist in der Beschreibung der japanischen Patentanmeldung Nr. 95853/1999 erläutert, die von der vorliegenden Anmelderin eingereicht wurde.

(e) Substrathalterung 10

Wenn ein zu behandelndes Substrat 12 auf die Substrathalterung 10 durch ein Substratträgersystem aufgesetzt wird, ist das zu behandelnde Substrat 12 nicht immer korrekt positioniert. Deswegen ist eine Substrathalterungssteuervorrichtung 16 zur Feineinstellung der Substrathalterung 10 in den Richtungen X, Y und Z mit der Substrathalterung 10 verbunden. Feineinstellungen in den Richtungen X, Y und Z dienen zum Ausrichten der optischen Achse der Infrarotstrahlung, so daß dann, wenn die Infrarotstrahlung Mehrfachreflexionen im Inneren des zu behandelnden Substrats 12 erfährt, eine maximale Lichtmenge dem Infrarotstrahlungsdetektor 42 zugeführt werden kann.

Der optimale Punkt für die Feineinstellung der Substrathalterung 10 mit einem darauf angebrachten, zu behandelnden Substrat 12 in den Richtungen X, Y und Z wird auf der Grundlage eines Punktes beurteilt, an welchem die maximale Lichtmenge der Infrarotstrahlung detektiert wird, die Mehrfachreflexionen in dem zu behandelnden Substrat erfahren hat, so daß eine automatische Positionierung erfolgen kann. Die Positionierung wird von der Steuerung 70 durchgeführt, die mit der Substrathalterung 10 verbunden ist.

Weiterhin weist die Substrathalterung 10 einen (nicht dargestellten) Drehmechanismus auf. Ein zu behandelndes Substrat 12 wird so gedreht, daß im wesentlichen die gesamte Oberfläche des zu behandelnden Substrats 12 in Bezug auf organische Verunreinigungen und chemische Verunreinigungen untersucht werden kann.

(f) Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung 40

Die Infrarotstrahlung, die auf ein zu behandelndes Substrat einfällt, tritt aus einem Ort symmetrisch zum Einfallspunkt aus. Dann sammelt die Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung 40 die Infrarotstrahlung, die aus dem zu behandelnden Substrat 12 ausgetreten ist, und führt die Infrarotstrahlung dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 zu.

Die Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung 40 weist beispielsweise einen Konkavspiegel und einen reflektierenden Spiegel auf. Die Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung 40 mit einem derartigen Aufbau kann die Infrarotstrahlung, die von dem zu behandelnden Substrat 12 ausgetreten ist, durch den Konkavspiegel sammeln, und die Strahlung über den reflektierenden Spiegel dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 zuführen. Eine Konvexlinse kann statt des Konkavspiegels verwendet werden, und dann wird Infrarotstrahlung dadurch gesammelt, daß sie durch die Konvexlinse hindurchgeht.

(g) Infrarotstrahlungsdetektor 42

Die Infrarotstrahlung, die aus einem zu behandelnden Substrat 12 ausgetreten ist, wird dem Infrarotstrahlungsdetektor 42 über die Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung 40 zugeführt. Der Infrarotstrahlungsdetektor 42 kann beispielsweise ein Stickstoff-gekühlter Infrarotstrahlungsdetektor aus beispielsweise InSb sein.

(h) Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60

Der voranstehend geschilderte Infrarotstrahlungsdetektor 42 ist beispielsweise ein Detektor einer FT-IR-Einrichtung. Die Ausgangsgröße des Infrarotstrahlungsdetektors 42 kann durch Absorptionsspektren entsprechend den jeweiligen Frequenzen mit Hilfe der Fourier-Spektroskopie angegeben werden, unter Verwendung eines Doppelstrahlinterferometers. Wie bei den Grundlagen erläutert wurde, tritt dann, wenn Infrarotstrahlung auf ein zu behandelndes Substrat 12 einfällt und Mehrfachreflexionen im Inneren des Substrats erfährt, um hierdurch die Substratoberflächen zu überwachen, eine Resonanzabsorption von Frequenzkomponenten gedämpfter Wellen auf, die austreten, wenn Licht auf den Substratoberflächen reflektiert wird, und zwar wenn die mit Molekülschwingungsfrequenzen organischer Verunreinigungen auf den Substratoberflächen übereinstimmen, und es werden deren Absorptionsspektren gemessen, wodurch die Arten und Mengen der organischen Verunreinigungen bestimmt werden können. Die Arten organischer Verunreinigungen und Kalibrierkurven werden als getrennte Datenbanken in der Berechnungsvorrichtung 64 des Steuer/Untersuchungscomputers 60 gespeichert. Die Überwachungsdaten werden in Bezug auf diese Daten quantisiert.

Information, die von der Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60 geliefert wird, wird der Steuerung 70 zugeführt, so daß die Strahlungsquelle 50 und der Generator 54 für die aktive Spezies über die Strahlungsquellensteuervorrichtung 52 und die Steuervorrichtung 56 für den Generator für die aktive Spezies gesteuert werden, um so die Reinigungsbedingungen zu optimieren.

Die Berechnungsvorrichtung 64 speichert Information (Bezugsdaten) zur Beurteilung, bei welchem Niveau der Resonanzabsorptionsintensität organischer Verunreinigungen, die durch Reinigung entfernt werden sollen, die Reinigung abgebrochen wird.

Die Berechnungsvorrichtung 64 vergleicht Meßdaten mit den Bezugsdaten, um zu beurteilen, ob das Niveau der Meßdaten niedriger ist als das der Bezugsdaten oder nicht. Wenn das Niveau der Meßdaten höher ist als jenes der Bezugsdaten, so wird beurteilt, daß noch kein Endpunkt erreicht wurde, und wird die Reinigung fortgesetzt. Die Reinigung wird beendet, wenn das Niveau der Meßdaten niedriger ist als jenes der Bezugsdaten.

Als Infrarotstrahlungsdetektor 42 kann ein Infrarotstrahlungsspektrometer, welches ein Beugungsgitter verwendet, statt der FT-IR-Einrichtung eingesetzt werden.

[2] Trockenreinigungsverfahren

Das Substratbehandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 8 und 9 erläutert.

Zuerst wird ein zu behandelndes Substrat 12, welches in dem Substratspeicherkasten 80 gehaltert wird, mit Hilfe des Substratträgersystems 84 auf die Substrathalterung 10 aufgesetzt.

Dann werden das optische System für die Infrarotstrahlung und das zu behandelnde Substrat 12 aufeinander ausgerichtet, mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Positionssteuervorrichtung des optischen Systems für die Infrarotstrahlung, und der Substrathalterungssteuervorrichtung 16, so daß von der Infrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandte Infrarotstrahlung auf das Schrägteil 14 des zu behandelnden Substrats 12 auftritt, Mehrfachreflexionen erfährt, austritt, und dem Infrarotstrahlungsdetektor 42 zugeführt wird. In diesem Schritt wird vorzugsweise die Position des zu behandelnden Substrats 12 so eingestellt, daß eine maximale Lichtmenge an Infrarotstrahlung von dem Infrarotstrahlungsdetektor 42 detektiert wird.

Dann fällt Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandt wird, auf das Schrägteil 14 des zu behandelnden Substrats 12 ein. Infrarotstrahlung, die durch das Schrägteil 14 des zu behandelnden Substrats 12 in das zu behandelnde Substrat 12 hineingelangt ist, erfährt wiederholte innere Mehrfachreflexionen, während die Oberflächen des zu behandelnden Substrats abgetastet werden, wodurch Information in Bezug auf die Verunreinigung gesammelt wird, und die Infrarotstrahlung tritt aus einem Ort symmetrisch zum Einfallsort der Infrarotstrahlung wieder aus.

Dann wird die Infrarotstrahlung, die das zu behandelnde Substrat 12 verlassen hat, durch die Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung 40 gesammelt, und über das Spektrometer 52 dem Infrarotstrahlungsdetektor 42 zugeführt. Fig. 11 zeigt ein Beispiel für Spektren der inneren Mehrfachreflexion, die von dem Infrarotstrahlungsdetektor 42 gemessen werden.

Der voranstehend beschriebene Infrarotstrahlungsdetektor 42 ist ein Detektor beispielsweise einer FT-IR-Einrichtung. Das Ausgangssignal des Infrarotstrahlungsdetektors 42 kann aus Absorptionsspektren entsprechend den jeweiligen Frequenzen mit Hilfe des Mechanismus der Fourier-Spektroskopie unter Verwendung eines Doppelstrahlinterferometers bestehen. Frequenzkomponenten gedämpfter Wellen, die austreten, wenn Licht auf den Substratoberflächen reflektiert wird, erfahren eine Resonanzabsorption, wenn sie mit Molekülschwingungsfrequenzen organischer Verunreinigungen auf den Substratoberflächen übereinstimmen, und es werden ihre Absorptionsspektren gemessen, wodurch die Arten und Mengen der organischen Verunreinigungen bestimmt werden können. Arten organischer Verunreinigungen und Kalibrierkurven werden als getrennte Datenbanken in der Berechnungsvorrichtung 64 des Steuer/Untersuchungscomputers 60 gespeichert. Überwachte Daten werden in Bezug auf diese Daten quantisiert.

Fig. 9 zeigt Absorptionsspektren, die bei einem Siliziumwafer von 200 mm gemessen wurden, wenn Ethanol auf die Oberflächen aufgetropft wurde. Die Absorptionsspektren geben Differenzen der inneren Mehrfachreflexion zwischen Spektren für jenen Fall, in welchem die Oberflächen des Substrats frei von Verunreinigungen sind, und Spektren für jenen Fall wieder, in welchem die Oberflächen die Substrats Verunreinigungen aufweisen. Wie man sieht, werden bei bestimmten Frequenzbändern die Spitzenwerte (Peaks) festgestellt. Auf der Grundlage der Positionen der Spitzenwerte können die Spitzenwerte so identifiziert werden, daß sie der O-H-Streckschwingung und der C-H-Streckschwingung entsprechen. Vorher werden Kalibrierkurven gemessen, welche das Absorptionsvermögen und die Mengen an Verunreinigungen angeben, so daß die Mengen an organischen Verunreinigungen auf der Grundlage der Intensitäten der Spitzenwerte des Absorptionsvermögens festgestellt werden können.

Falls erforderlich wird dieselbe Messung wie voranstehend geschildert wiederholt, nachdem das zu behandelnde Substrat 12 durch die Substrathalterung 10 gedreht wurde, um so Oberflächenzustände im wesentlichen über die gesamten Oberflächen zu überwachen.

Diese Überwachung der Oberflächenzustände eines zu behandelnden Substrats 12 wird durchgeführt, bevor die Trockenreinigung des zu behandelnden Substrats 12 erfolgt, oder während der Trockenreinigung.

Diese in-situ-Überwachung erlaubt eine genaue Kenntnis der Oberflächenzustände eines zu behandelnden Substrats 12, und die Oberflächenzustände können dazu verwendet werden, die Behandlungsbedingungen für die folgende Trockenreinigung zu beeinflussen. Auf der Grundlage des Ergebnisses der Untersuchung durch die Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60 steuert daher die Steuerung 70 die Strahlungsquelle 50, und den Generator 54 für die aktive Spezies, um Betriebsparameter einzustellen, beispielsweise die Bestrahlungsintensität, die Bestrahlungsdauer, die Konzentrationen aktiver Spezies, usw., wodurch ein zu behandelndes Substrat immer unter optimalen Reinigungsbedingungen trocken gereinigt werden kann. Die Steuerung der Reinigungsbedingungen kann dadurch erfolgen, daß die Strahlungsquellensteuervorrichtung 52 und/oder die Steuervorrichtung 56 für den Generator für die aktive Spezies durch die Steuerung 70 gesteuert wird, auf der Grundlage von Ausgangssignalen der Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60.

Der Endpunkt der Trockenreinigung wird dadurch beurteilt, daß das Niveau der Resonanzabsorptionsintensität von Verunreinigungen gemessen wird, auf der Grundlage von Infrarotstrahlungsabsorptionsspektren bei der Trockenreinigung, und das Niveau der gemessenen Daten mit dem Niveau von Betriebsdaten verglichen wird, die vorher durch die Berechnungsvorrichtung 64 gespeichert wurden. Wenn das Niveau der Meßdaten höher ist als das Niveau der Bezugsdaten, so wird die Trockenreinigung fortgesetzt, und die Trockenreinigung ist beendet, wenn das Niveau der Meßdaten niedriger ist als das Niveau der Bezugsdaten. Vorzugsweise werden die Bezugsdaten entsprechend Bedingungen (beispielsweise der Menge an Verunreinigungen, die auf einem zu behandelnden Substrat nach der Reinigung vorhanden sind) eingestellt, die für die Reinigung erforderlich sind.

Der Endpunkt der Reinigung wird daher auf der Grundlage von Infrarotstrahlungsabsorptionsspektren festgestellt, wodurch der Endpunkt der Reinigung exakt ermittelt werden kann, auf der Grundlage der Verringerung einer Spitzenwertintensität entsprechend den Verunreinigungen. Daher wird ein Gerät, welches auf einem zu behandelnden Substrat 12 hergestellt wird, gegen übermäßige Beschädigung geschützt. Weiterhin tritt keine übermäßige Trockenreinigung auf einem Substrat auf, und kann beim nächsten Substrat fortgesetzt werden. Daher läßt sich eine hohe Durchsatzrate erhalten, und eine Reinigung mit gleichmäßiger Qualität.

Daraufhin wird das zu behandelnde Substrat 12, welches gereinigt wurde, über das Substratträgersystem 84 dem Substratspeicherkasten 82 zugeführt. Falls erforderlich wird eines der Substrate, die in dem Substratspeicherkasten 80 aufbewahrt werden, über das Substratträgersystem 84 auf die Substrathalterung 10 befördert, und wird die Reinigung bei dem Substrat fortgesetzt.

Der Einsatz des FT-IR-Verfahrens als Methode für die in-situ-Überwachung eines zu behandelnden Substrats 12 stellt folgende Vorteile zur Verfügung.

1) Das FT-IR-Verfahren ist diskontinuierlich, und es tritt keine Rückverunreinigung durch das Überwachungssystem auf.
2) Das FT-IR-Verfahren stellt eine zerstörungsfreie Überwachung zur Verfügung. Das FT-IR-Verfahren bringt keine beschleunigten Ionen oder beschleunigten Elektronen mit hoher Energie auf ein Substrat auf, sondern setzt Infrarotstrahlung niedriger Energie ein, was dazu führt, daß das Substrat nicht beschädigt wird. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, daß ein Substrat geschnitten wird; beispielsweise kann ein Siliziumwafer von 300 mm nach dem SEMI-Standard in unverändertem Zustand untersucht werden.
3) Die Überwachung erfolgt in Echtzeit und weist eine hohe Überwachungsgeschwindigkeit auf. Das Untersuchungslicht gelangt nämlich durch das Innere eines Substrats unter Lichtgeschwindigkeit. Die Überwachung findet in Echtzeit statt.
4) Es können Signale mit hohem Signal-Rauschverhältnis (S/N) detektiert werden. Bei der Infrarotstrahlung treten nämlich wiederholt Mehrfachreflexionen im Inneren eines Substrats auf, wodurch ein höheres S/N erhalten werden kann, und eine höhere Meßempfindlichkeit erzielt werden kann.

Daher weist die Substratbehandlungseinrichtung eine Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung mit dem voranstehend geschilderten Aufbau auf, wodurch Oberflächenzustände eines zu behandelnden Substrats in-situ überwacht werden können, diskontinuierlich und zerstörungsfrei, am Ort der Herstellung eines Halbleitergeräts, und auf der Grundlage der Überwachung die Behandlungsbedingungen kontrolliert werden können, und die Endpunkte festgestellt werden können.

Wie voranstehend geschildert werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform zur Durchführung einer Trockenreinigungsbehandlung oder während einer Trockenreinigungsbehandlung die Oberflächenzustände eines zu behandelnden Substrats 12 durch Mehrfachreflexion von Infrarotstrahlung überwacht, die auf das Schrägteil 14 einfällt, und werden die Ergebnisse der Überwachung auf die Behandlungsbedingungen für die Trockenreinigung zurückgekoppelt. Daher können immer optimale Behandlungsbedingungen für die Trockenreinigung eingestellt werden.

Weiterhin wird die Intensität der durchgelassenen Infrarotstrahlung mit einem vorbestimmten Wert verglichen, wodurch man exakt den Endpunkt einer Trockenreinigungsbehandlung bestimmten kann. Daher wird ein Gerät, welches auf einem zu behandelnden Substrat 12 hergestellt wird, gegen übermäßige Beschädigungen geschützt.

Darüber hinaus nutzt das Schrägteil 14 eines zu behandelnden Substrats 12, auf welches Infrarotstrahlung einfällt, die Endoberflächenform des Substrats in unverändertem Ausmaß. Daher ist es nicht erforderlich, zusätzlich bei dem zu behandelnden Substrat 12 eine chemische Atzung oder zusätzliche Bearbeitung durchzuführen, oder Infrarotstrahlung in das zu behandelnde Substrat über Prismen oder andere Teile zu leiten, die oberhalb des zu behandelnden Substrats 12 angeordnet sind. Daher sind die Einrichtung und das Verfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform bei der in-situ-Überwachung am Herstellungsort von Halbleitergeräten einsetzbar.

[Zweite Ausführungsform]

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 10 werden nunmehr ein Verfahren und eine Einrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Gleiche Teile bei der vorliegenden Ausführungsform wie bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Substratbehandlung gemäß der ersten Ausführungsform werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um die Beschreibung zu erleichtern und Wiederholungen zu vermeiden.

Fig. 10 zeigt schematisch die Substratbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.

[1] Gesamtaufbau der Einrichtung

Die Substratbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird schematisch unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung bei einer Plasmaätzeinrichtung eingesetzt.

Eine Substrathalterung 10 zur Anbringung eines zu behandelnden Substrats 12 zum Zwecke der Plasmaätzung ist in einem Vakuumbehälter 90 angeordnet. Eine Plasmaerzeugungsquelle 72, welche Plasmen erzeugt, und die Plasmen auf das zu behandelnde Substrat 12 aufbringt, ist oberhalb der Substrathalterung 10 angeordnet. In der Nähe des zu behandelnden Substrats 12 befindet sich eine Gaszuführvorrichtung 76 für eine aktive Spezies, welche eine aktive Spezies (beispielsweise Ozon, Sauerstoff im atomaren Zustand) erzeugt, die mit organischen Verunreinigungen auf dem zu behandelnden Substrat 12 reagiert, um diese zu zerlegen.

Nahe dem zu behandelnden Substrat 12 ist ein optisches System für Infrarotstrahlung vorgesehen, welches eine Infrarotstrahlungsquelle 20 aufweist, die Infrarotstrahlung aussendet, eine Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung 30, welche von der Infrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandte Infrarotstrahlung zu vorbestimmter Form sammelt, und die gesamte Infrarotstrahlung an das zu behandelnde Substrat 12 anlegt, eine Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung 40, welche Infrarotstrahlung sammelt, die Mehrfachreflexionen im Inneren des zu behandelnden Substrats 12 erfahren hat, und aus dem zu behandelnden Substrat 12 ausgetreten ist, sowie ein Infrarotstrahlungsdetektor 42, der die Infrarotstrahlung detektiert, die von der Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung 40 gesammelt wurde.

Der Infrarotstrahlungsdetektor 42 ist an eine Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60 angeschlossen, welche einen Oberflächenzustand des zu behandelnden Substrats 12 auf der Grundlage der detektierten Signale untersucht, die von dem Infrarotstrahlungsdetektor 42 erzeugt werden. Die Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60 weist ein Spektrometer 62 auf, welche seine spektroskopische Zerlegung der Infrarotstrahlung durchführt, die von dem Infrarotstrahlungsdetektor 42 detektiert wird, sowie eine Berechnungsvorrichtung 64, in welcher Daten gesammelt sind, die bei der Untersuchung eines Oberflächenzustands auf der Grundlage des spektroskopischen Ergebnisses verwendet werden sollen, und welche einen Endpunkt beurteilt, und die darüber hinaus die erforderlichen Berechnungen durchführt, auf der Grundlage der Daten und des Ergebnisses von dem Spektrometer 62.

Die Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60 ist mit der Plasmaerzeugungsquelle 50 über eine Steuerung 70 und eine Plasmaerzeugungsquellensteuerungsvorrichtung 74 verbunden, die an die Gaszufuhrvorrichtung 76 für die aktive Spezies über die Steuerung 70 und die Steuervorrichtung 78 für das Gas der aktiven Spezies verbunden ist, und an die Substrathalterung 10 über die Steuerung 70 und eine Substrathalterungssteuervorrichtung 16 angeschlossen ist. Auf der Grundlage der Ergebnisse, die sich aufgrund der Untersuchung der Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60 ergeben, können die Plasmaerzeugungsquelle 72, die Gaszufuhrvorrichtung 76 für die aktive Spezies und die Substrathalterung 10 gesteuert werden.

In dem optischen Weg des Infrarotstrahlungsdetektors 42 und dem optischen Weg der zu detektierenden Infrarotstrahlung sind (nicht dargestellte) Vorrichtungen vorgesehen, die dazu dienen, Kohlendioxid (CO₂) in Luft zu entfernen, dessen Spektrum das Spektrum organischer Moleküle überlappt. In dem Vakuumbehälter 90 sind Substratspeicherkästen 80, 82 vorgesehen, in welchen zu behandelnde Substrate 12 nach und vor der Behandlung aufbewahrt werden, und ist ein Substratfördersystem 84 vorgesehen, welches zu behandelnde Substrate, die in dem Substratspeicherkasten 80 aufbewahrt werden, befördert, um sie auf der Substrathalterung 10 anzubringen, oder die trockengereinigten, zu behandelnden Substrate von der Substrathalterung 10 zum Substratspeicherkasten 82 zu fördern.

Wie voranstehend geschildert zeichnet sich die Substratbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch das optische System für die Infrarotstrahlung aus, welches dazu dient, Infrarotstrahlung dazu zu veranlassen, daß mit dieser Mehrfachstreuung in einem zu behandelnden Substrat 12 durchgeführt wird, wodurch Oberflächenzustände des zu behandelnden Substrats überwacht werden. Im einzelnen kann durch Einsatz des optischen Systems für Infrarotstrahlung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Oberfläche eines zu behandelnden Substrats 12 überwacht werden, und zwar bezüglich der Absorptionszustände, der Zustände der chemischen Bindung, und können die Strukturen und Dicken der reaktiven Schichten in-situ überwacht werden, ohne zusätzlich bei dem zu behandelnden Substrat 12 eine chemische Ätzung durchführen zu müssen, eine Endstirnflächenbearbeitung oder dergleichen, oder Infrarotstrahlung in das zu behandelnde Substrat über Prismen einführen zu müssen, die oberhalb des zu behandelnden Substrats 12 angeordnet sind.

Bei der Plasmaätzeinrichtung mit einem derartigen optischen System für die Infrarotstrahlung können daher Oberflächenzustände eines zu behandelnden Substrats 12 in-situ im Schritt der Plasmaätzung überwacht werden. Auf der Grundlage der Ergebnisse der Überwachung können Betriebsparameter geeignet gesteuert werden, damit die Plasmaätzung immer im optimalen Zustand durchgeführt wird. Darüber hinaus kann auf der Grundlage der Ergebnisse der Überwachung der Endpunkt der Ätzung festgestellt werden.

Nunmehr werden die jeweiligen Einzelteile der Substratbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Dies Teile der vorliegenden Ausführungsform, die nachstehend nicht beschrieben werden, können ebenso aufgebaut sein wie bei der Substratbehandlungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. In Bezug auf Einzelheiten des Systems für die Überwachung von Oberflächenzuständen wird auf die Beschreibung der japanischen Patentanmeldung Nr. 95853/1999 verwiesen, die von der vorliegenden Anmelderin eingereicht wurde. Die verschiedenen Überwachungssysteme, die in jener Beschreibung geschildert werden, können bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenbehandlung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt werden.

(a) Plasmaerzeugungsquelle 72

Die Plasmaerzeugungsquelle 72 regt ein Gas, welches in den Vakuumbehälter 90 eingelassen wird, an, um ein Plasma zu erzeugen.

Ein Plasma enthält positiv und negativ geladene Teilchen und stellt insgesamt eine Teilchengruppe dar, die insgesamt neutral ist. Gasmoleküle, Ionen, Elektronen, und darüber hinaus metastabile Atome und energetisch angeregte oder Radikale mit mehreren Atomen (elektrisch neutrale Teilchen) sowie Licht, welches von dem Plasma ausgesandt wird (vakuum ultraviolett) sind in einem Plasma vorhanden.

Auf einer Halbleiteroberfläche, die einem Plasma ausgesetzt ist, treten physikalische und chemische Reaktionen mit Radikalen, Ionen, Elektronen und dem Ultraviolettlicht auf. Beispielsweise können organische Substanzen (Kohlenwasserstoffverbindungen) auf einem Halbleitersubstrat durch Verwendung eines Sauerstoffplasmas entfernt werden. Ein Sauerstoffplasma kann dadurch erzeugt werden, daß man in den Vakuumbehälter 90 Sauerstoffgas durch die Gaszufuhrvorrichtung 76 für die aktive Spezies einläßt, und ausreichend Energie zuführt (beispielsweise Hochfrequenzenergie mit 13,56 MHz), um folgende Reaktion hervorzurufen

O₂ → O + O (Sauerstoffplasma)

Wenn eine Kohlenwasserstoffverbindung und ein Sauerstoffplasma miteinander auf einem zu behandelnden Substrat 12 reagieren, tritt folgende Reaktion auf

3O + {CH₂}_n → O₂ + H₂O

und die Kohlenwasserstoffverbindung {CH₂}_n wird in die gasförmige Verbindung CO₂ mit geringem Molekulargewicht umgewandelt, sowie H₂O (der gleiche Vorgang wie bei der Verbrennung), und ausgestoßen, so daß sie vollständig entfernt wird.

Die Plasmaerzeugungsquelle 72 ist so ausgebildet, daß sie für eine derartige Plasmareaktion optimal ist, beispielsweise als Parallelplatten-Plasmaerzeugungsquelle, welche eine Plattenelektrode aufweist, die parallel zur Substrathalterung 10 angeordnet ist, um ein Plasma zwischen der Substrathalterung 10 und der Elektrode durch Hochfrequenzanregung zu erzeugen, oder als Abwärtsflußplasmaerzeugungsquelle, welche eine Plasmaerzeugungskammer und eine hiervon getrennte Reaktionskammer aufweist, so daß nur eine aktive Spezies einem zu behandelnden Substrat zugeführt wird. Die Plasmaerzeugungsquelle 72 kann unter folgenden Typen ausgewählt werden: TCP (Transformator-gekoppeltes Plasma), IOC (induktiv gekoppeltes Plasma); helixförmiger Wellenleiter, Mikrowellenanregung, usw. Die Plasmaerzeugungsquelle 72 kann ebenso ausgebildet sein wie eine normalerweise bei Plasmaätzeinrichtungen verwendete Quelle.

Bei der Substratbehandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Zustand des von der Plasmaerzeugungsquelle 72 erzeugten Plasmas entsprechend den Ergebnissen der in-situ-Überwachung der Oberflächenzustände eines zu behandelnden Substrats 12 durch die Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60 eingestellt werden.

Der Plasmaätzvorgang wird durch ein dynamisches Gleichgewicht zwischen zufließenden Radikalionen, die aus der gasförmigen Phase umgewandelt werden, sowie Adsorptions-, Reaktions- und Eliminierungsvorgängen des Abflusses von der Oberfläche eines zu behandelnden Substrats bestimmt. Daher werden Adsorptionszustände, Zustände der chemische Bindung, Strukturen und Dicken der reaktiven Schichten in-situ durch das optische System für die Infrarotstrahlung überwacht, wodurch die Ergebnisse der in-situ-Überwachung rückgekoppelt werden können, um optimale Plasmaätzbedingungen einzustellen, und die Endpunkte der Plasmaätzung festzustellen.

Eine derartige Rückkopplungsregelung kann dadurch durchgeführt werden, daß die Plasmaerzeugungsquellensteuervorrichtung 74 durch die Steuerung 70 gesteuert wird, auf der Grundlage von Ausgangssignalen der Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60.

Die Plasmaätzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist auch zur Entfernung organischer Verunreinigungen und chemischer Verunreinigungen einsetzbar, die an der Oberfläche eines zu behandelnden Substrats 12 anhaften, also zur Trockenreinigung.

(b) Zufuhrvorrichtung 76 für aktives Gas

Die Gaszufuhrvorrichtung 76 für die aktive Spezies liefert ein Ätzgas für die Plasmaätzung eines zu behandelnden Substrats 12.

Ein Ätzgas, welches in den Vakuumbehälter 90 durch die Zufuhrvorrichtung 76 für die aktive Spezies eingelassen wird, wird auf geeignete Weise zur Erzeugung des erforderlichen Plasmas ausgewählt, wodurch die Plasmaätzung auf verschiedenen zu behandelnden Substraten 12 durchgeführt werden kann. Das Ätzgas, welches durch die Gaszufuhrvorrichtung 76 für die aktive Spezies geliefert wird, kann beispielsweise Ozon, Sauerstoff in atomarem Zustand oder dergleichen sein, wenn das zu ätzende Objekt eine organische Substanz ist.

Die Gaszufuhrvorrichtung 76 für die aktive Spezies ist an die Steuerung 70 über die Gassteuervorrichtun 12515 00070 552 001000280000000200012000285911240400040 0002019933213 00004 12396g 78 für die aktive Spezies angeschlossen. Daher werden Adsorptionszustände, Zustände der chemischen Bindung, Strukturen und Dicken der reaktiven Schichten in situ durch das optische System für die Infrarotstrahlung überwacht, wodurch die Ergebnisse der in-situ-Überwachung rückgekoppelt werden können, um optimale Plasmaätzbedingungen einzustellen, und die Endpunkte der Plasmaätzung zu ermitteln.

Eine derartige Rückkopplungsregelung kann dadurch durchgeführt werden, daß die Gassteuervorrichtung 78 für die aktive Spezies oder die voranstehend geschilderte Plasmaerzeugungsquelle 72 durch die Steuerung 70 gesteuert wird, auf der Grundlage der Ausgangssignale der Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60.

(c) Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60

Der voranstehend beschriebe Infrarotstrahlungsdetektor 72 ist ein Detektor beispielsweise einer FT-IR-Einrichtung. Die Ausgangsgröße des Infrarotstrahlungsdetektors 72 kann aus Absorptionsspektren bestehen, die entsprechenden Frequenzen entsprechen, infolge des Mechanismus der Fourier- Spektroskopie unter Verwendung eines Doppelstrahlinterferometers. Wie bei den Grundlagen geschildert wurde, wobei Infrarotstrahlung auf ein zu behandelndes Substrat 12 einfällt, und Mehrfachreflexionen im Inneren des Substrats erfährt, um hierdurch die Substratoberflächen zu überwachen, tritt bei Frequenzkomponenten gedämpfter Wellen eine Resonanzabsorption auf, wenn sie mit Molekülschwingungsfrequenzen organischer Verunreinigungen auf den Substratoberflächen übereinstimmen, und werden deren Absorptionsspektren untersucht, wodurch Adsorptionszustände, Zustände der chemischen Bindung sowie Strukturen und Dicken der reaktiven Schichten bestimmt werden können. Kalibrierkurven und dergleichen zu dessen Festlegung werden als getrennte Datenbanken in der Berechnungsvorrichtung 64 des Steuer/Untersuchungscomputers 60 gespeichert. Überwachungsdaten werden in Bezug auf diese Daten quantisiert.

Information von der Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60 wird der Steuerung 70 zugeführt, so daß die Plasmaerzeugungsquelle 72 und die Gaszufuhrvorrichtung 78 für die aktive Spezies über die Plasmaerzeugungsquellensteuervorrichtung 74 und die Gassteuervorrichtung 78 für die aktive Spezies gesteuert werden, damit die Ätzbedingungen optimiert werden.

Die Berechnungsvorrichtung 64 speichert Information (Bezugsdaten) zur Beurteilung, bei welchem Niveau der Resonanzabsorptionsintensität einer zu ätzenden Substanz die Ätzung abgebrochen wird.

Die Berechnungsvorrichtung 64 vergleicht Meßdaten mit den Bezugsdaten, um zu beurteilen, ob der Pegel der Meßdaten niedriger ist als jener der Bezugsdaten oder nicht. Wenn der Pegel der Meßdaten höher ist als jener der Bezugsdaten, so wird beurteilt, daß der Endpunkt noch nicht erreicht wurde, und wird die Ätzung fortgesetzt. Die Ätzung ist beendet, wenn der Pegel der Meßdaten niedriger ist als jener der Bezugsdaten.

Als Infrarotstrahlungsdetektor 42 kann ein Infrarotstrahlungsspektrometer, welches ein Beugungsgitter verwendet, statt der FT-IR-Einrichtung verwendet werden.

[2] Plasmaätzverfahren

Unter Bezugnahme auf Fig. 10 wird nunmehr das Substratbehandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert.

Ein zu behandelndes Substrat 12, welches in dem Substratspeicherkasten 80 gehaltert wird, wird auf der Substrathalterung 10 über das Substratträgersystem 84 angebracht.

Dann werden, wie bezüglich der ersten Ausführungsform bereits geschildert wurde, das optische System für die Infrarotstrahlung und das zu behandelnde Substrat 12 miteinander ausgerichtet, durch eine (nicht dargestellte) Positionssteuervorrichtung des optischen Systems für die Infrarotstrahlung und die Substrathalterungssteuervorrichtung 16, so daß von der Infrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandte Infrarotstrahlung auf das Schrägteil 14 des zu behandelnden Substrats 12 auftrifft, Mehrfachreflexionen erfährt, austritt, und dem Infrarotstrahlungsdetektor 42 zugeführt wird.

Dann fällt von der Infrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandte Infrarotstrahlung auf das Schrägteil 14 des zu behandelnden Substrats 12 ein. Infrarotstrahlung, die in das zu behandelnde Substrat 12 über das Schrägteil 14 des zu behandelnden Substrats 12 hineingelangt ist, wiederholt die inneren Mehrfachreflexionen, während die Oberflächen des zu behandelnden Substrats abgetastet werden, sammelt Information in Bezug auf die Substratoberfläche an, und tritt von einem Ort symmetrisch zum Einfallspunkt der Infrarotstrahlung wieder aus.

Dann wird die Infrarotstrahlung, welche das zu behandelnde Substrat 12 verlassen hat, durch die Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung 40 gesammelt, und wird von dem Infrarotstrahlungsdetektor 42 detektiert oder nachgewiesen.

Der Infrarotstrahlungsdetektor 42 ist ein Detektor beispielsweise einer FT-IR-Einrichtung. Das Ausgangssignal des Infrarotstrahlungsdetektors 40 kann aus Absorptionsspektren entsprechend jeweiligen Frequenzen bestehen, infolge des Mechanismus der Fourier-Spektroskopie unter Verwendung eines Doppelstrahlinterferometers. Frequenzkomponenten gedämpfter Wellen, die austreten, wenn Licht auf den Substratoberflächen reflektiert wird, erfahren eine Resonanzabsorption, wenn sie mit Molekülschwingungsfrequenzen von Substanzen auf den Substratoberflächen übereinstimmen, und es werden ihre Absorptionsspektren untersucht, wodurch Adsorptionszustände, Zustände der chemischen Bindung, Strukturen und Dicken der reaktiven Schichten usw. auf der Oberfläche des zu behandelnden Substrats 12 bestimmt werden können. Kalibrierkurven werden als getrennte Datenbanken in der Berechnungsvorrichtung 64 des Steuer/Untersuchungscomputers 60 gespeichert. Überwachungsdaten werden in Bezugnahme auf diese Daten quantisiert.

Falls erforderlich wird die gleiche Messung wie voranstehend geschildert wiederholt, nachdem das zu behandelnde Substrat 12 durch die Substrathalterung 10 gedreht wurde, um so Oberflächenzustände im wesentlichen über sämtliche Oberflächen zu überwachen.

Eine derartige Überwachung der Oberflächenzustände eines zu behandelnden Substrats 12 wird durchgeführt, bevor die Plasmaätzung des zu behandelnden Substrats 12 erfolgt, oder während der Plasmaätzung. Daher können Oberflächenzustände eines zu behandelnden Substrats 12 exakt in-situ überwacht werden, und können die Oberflächenzustände auf Behandlungsbedingungen rückgekoppelt werden, für die weitere Fortführung der Plasmaätzung. Hierdurch wird eine Betriebssteuerung in Bezug auf die Plasmaerzeugung erzielt, durch welche die räumliche Homogenität verbessert wird, und die Plasmaintensität entsprechend der Information aufrechterhalten wird, beispielsweise in Bezug auf Adsorptionszustände, Zustände der chemischen Bindung, Strukturen und Dicken der Reaktionsschichten, usw., wodurch bei dem zu behandelnden Substrat 12 die Plasmaätzung ständig unter optimalen Bedingungen durchgeführt werden kann. Die Steuerung der Bedingungen für die Plasmaätzung kann dadurch erfolgen, daß die Plasmaerzeugungsquellensteuervorrichtung 74 und/oder die Gassteuervorrichtung 78 für die aktive Spezies durch die Steuerung 70 gesteuert wird, auf der Grundlage von Ausgangssignalen der Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60.

Durch die Untersuchung der Oberflächenzustände mit dem optischen System für die Infrarotstrahlung kann eine Quantisierung und Identifikation organischer Verunreinigungen und chemischer Verunreinigungen erfolgen, die an einem zu behandelnden Substrat 12 anhaften. Daher ist die Rückkopplung bei der Plasmaätzung für das Trockenreinigen zum Entfernen von derartiger Verunreinigungen einsetzbar.

Der Endpunkt der Ätzung wird dadurch ermittelt, daß der Pegel der Resonanzabsorptionsintensität von Verunreinigungen gemessen wird, auf der Grundlage von Infrarotstrahlungsabsorptionsspektren bei der Ätzung, und der Pegel der Meßdaten mit dem Pegel von Bezugsdaten verglichen wird, die vorher in der Berechnungsvorrichtung 64 gespeichert wurden. Wenn der Pegel der Meßdaten höher ist als der Pegel der Bezugsdaten, so wird die Ätzung fortgesetzt, und die Ätzung ist beendet, wenn der Pegel der Meßdaten niedriger ist als der Pegel der Bezugsdaten. Vorzugsweise werden die Bezugsdaten auf geeignete Weise entsprechend Eigenschaften eingestellt (beispielsweise der Menge einer zu ätzenden Substanz auf einem zu behandelnden Substrat nach der Ätzung), die für die Ätzung erforderlich sind.

Wie voranstehend geschildert werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform vor der Plasmaätzung oder während der Plasmaätzung Oberflächenzustände eines zu behandelnden Substrats 12 durch Mehrfachreflexion von Infrarotstrahlung überwacht, die auf das Schrägteil 14 des zu behandelnden Substrats 12 auftrifft, und werden die Ergebnisse der Überwachung auf Behandlungsbedingungen für die Plasmaätzung rückgekoppelt, wodurch ständig optimale Behandlungsbedingungen in Bezug auf die Plasmaätzung eingestellt werden können.

Der Endpunkt der Ätzung kann exakt dadurch festgestellt werden, daß die Intensität der durchgelassenen Infrarotstrahlung mit einem Bezugswert verglichen wird. Daher wird verhindert, daß ein Gerät, welches auf einem zu behandelnden Substrat 12 hergestellt wird, stärker als erforderlich beschädigt wird.

Darüber hinaus wird mit dem Schrägteil 14 eines zu behandelnden Substrats 12, auf welches Infrarotstrahlung einfällt, die Endoberflächenform des Substrats unverändert genutzt. Daher ist es nicht nötig, mit dem zu behandelnden Substrat 12 zusätzlich eine chemische Ätzung oder Bearbeitung durchzuführen, oder Infrarotstrahlung in das zu behandelnde Substrat über Prismen oder andere Teile einzuleiten, die oberhalb des z behandelnden Substrats 12 angeordnet sind. Die Einrichtung und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind daher bei der in-situ-Überwachung am Herstellungsort von Halbleitergeräten einsetzbar.

Bei der ersten und zweiten Ausführungsform ist das zu behandelnde Substrat 12 ein Siliziumsubstrat, jedoch besteht keine Einschränkung auf ein Siliziumsubstrat. Als zu behandelndes Substrat 12 können ebenfalls ein Germaniumsubstrat sowie Verbundhalbleitersubstrate, beispielsweise aus GaAs und dergleichen, verwendet werden. Die Überwachung ist nicht auf Halbleitersubstrate beschränkt, und kann auf derselben Grundlage bei Glassubstraten von Flüssigkristallanzeigen eingesetzt werden.

Bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen wird die Überwachung von Oberflächenzuständen eines zu behandelnden Substrats mit Hilfe des optischen Systems für die Infrarotstrahlung bei einer Trockenreinigungseinrichtung und einer Plasmaätzeinrichtung eingesetzt, jedoch kann ein Einsatz auch bei anderen Halbleitergerätherstellungseinrichtungen erfolgen.

Beispielsweise kann die Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Filmerzeugungseinrichtung zur Erzeugung erforderlicher Filme auf einem Halbleitersubstrat vorgesehen sein, wodurch Zustände der Substratoberfläche in situ bei der Vorbehandlung zur Ausbildung eines Films überwacht werden können, beispielsweise bei einem thermischen Reinigungsschritt oder einem umgekehrten Sputterschritt. Eine so ausgebildete Filmerzeugungseinrichtung kann die Bedingungen für die Vorbehandlung vor der Ausbildung eines Films optimieren.

Claims

1. Substratbehandlungseinrichtung, welche aufweist:
eine Substratbehandlungsvorrichtung zur Durchführung einer erforderlichen Behandlung bei einem zu behandelnden Substrat;
eine Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung, welche eine Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung zum Sammeln von Infrarotstrahlung oder von Strahlung im nahen Infrarot, die von einer Infrarotstrahlungsquelle ausgesandt wird, auf einem Außenumfangsteil des zu behandelnden Substrats aufweist, eine Infrarotstrahlungsdetektorvorrichtung zum Detektieren der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nähen Infrarot, welche Mehrfachreflexionen im Inneren des zu behandelnden Substrats erfahren hat, und von dem zu behandelnden Substrat ausgetreten ist, sowie eine Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung zur Untersuchung der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot, die von der Infrarotstrahlungsdetektorvorrichtung detektiert wird, wobei die Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung in situ einen Oberflächenzustand des zu überwachenden Substrats überwacht, wenn das zu behandelnde Substrat durch die Substratbehandlungsvorrichtung behandelt wird; und
eine Steuervorrichtung zum Steuern der Substratbehandlungsvorrichtung auf der Grundlage des Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats, der von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung überwacht wurde.

2. Substratbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung den Oberflächenzustand des zu behandelnden Substrats auf der Grundlage spektroskopischer Ergebnisse überwacht, die sich bei Fourier-Transformationsspektroskopie ergeben.

3. Substratbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung den Oberflächenzustand des zu behandelnden Substrats auf der Grundlage spektroskopischer Ergebnisse überwacht, die sich durch Infrarotspektroskopie unter Verwendung eines Beugungsgitters ergeben.

4. Substratbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Substratbehandlungsvorrichtung eine Reinigungsvorrichtung zum Zerlegen und Entfernen einer Verunreinigung ist, die an dem zu behandelnden Substrat anhaftet, und zwar durch Lichtbestrahlung,
die Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung die Art und/oder die Menge der Verunreinigung überwacht, die an dem zu behandelnden Substrat anhaftet, und
die Steuervorrichtung die Behandlungsbedingungen zur Behandlung des zu behandelnden Substrats durch die Reinigungsvorrichtung auf der Grundlage der Art und/oder der Menge an Verunreinigungen steuert, die von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung bestimmt werden.

5. Substratbehandlungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung die Strahlungsintensität oder den Strahlungszeitraum des Lichts steuert, welches auf das zu behandelnde Substrat aufgestrahlt wird, auf der Grundlage der Art und/oder der Menge an Verunreinigungen, die von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung ermittelt werden.

6. Substratbehandlungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsvorrichtung eine Zufuhrvorrichtung für eine aktive Spezies zum Liefern einer aktiven Spezies aufweist, die mit der Verunreinigung reagiert.

7. Substratbehandlungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung die Zufuhrmenge der aktiven Spezies steuert, welche von der Zufuhrvorrichtung für die aktive Spezies geliefert wird, auf der Grundlage der Art und/oder der Menge der Verunreinigung, die von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung ermittelt wird.

8. Substratbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Endpunktdetektorvorrichtung zur Feststellung des Endpunktes der Substrathalterung auf der Grundlage der Art und/oder der Menge an Verunreinigung vorgesehen ist, die von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung ermittelt wird.

9. Substratbehandlungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Endpunktdetektorvorrichtung beurteilt, ob das zu behandelnde Substrat an dem Endpunkt angekommen ist oder nicht, durch Vergleich des überwachten Pegels der Resonanzabsorptionsintensität der Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot der Verunreinigung mit einem vorbestimmten Bezugspegel.

10. Substratbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Substratbehandlungsvorrichtung eine Ätzvorrichtung zum Ätzen des zu behandelnden Substrats unter Verwendung eines Plasmas ist; und
die Steuervorrichtung die Ätzbedingungen zum Ätzen des zu behandelnden Substrats durch die Ätzvorrichtung steuert, auf der Grundlage des Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats, der von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung überwacht wird.

11. Substratbehandlungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung einen Zustand des Plasmas auf der Grundlage des Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats steuert, der von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung überwacht wird.

12. Substratbehandlungseinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung einen Adsorptionszustand eines Zuflusses oder Abflusses überwacht, den Zustand einer chemischen Verbindung oder die Struktur einer reaktiven Schicht, auf der Oberfläche des zu behandelnden Substrats.

13. Substratbehandlungseinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung die Art und/oder die Menge einer Verunreinigung überwacht, die an der Oberfläche des zu behandelnden Substrats anhaftet.

14. Substratbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endpunktdetektorvorrichtung zur Feststellung des Endpunktes der Ätzung vorgesehen ist, auf der Grundlage des Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats, der von der Oberflächenzustandsüberwachungsvorrichtung überwacht wird.

15. Substratbehandlungseinrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung die Behandlung des zu behandelnden Substrats auf der Grundlage von Endpunktinformation anhält, die von der Endpunktdetektorvorrichtung stammt.

16. Substratbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
das zu behandelnde Substrat ein Schrägteil auf dem Außenumfangsteil aufweist, welches durch Abschrägung der Ecke gebildet wird, die durch die Oberfläche des zu behandelnden Substrats und eine von dessen Außenumfangsoberflächen gebildet wird;
und die Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung die Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot auf dem Schrägteil des zu behandelnden Substrats sammelt.

17. Substratbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlungskondensorvorrichtung die Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot in einem kreisförmigen oder einem elliptischen Brennpunkt sammelt.

18. Substratbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlungsquelle eine explosionsgeschützte Infrarotstrahlungsquelle ist, welche eine Lichtquelle zur Aussendung der Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot aufweist, die in einem Behälter abgedichtet angeordnet ist.

19. Substratbehandlungsverfahren zur Durchführung einer erforderlichen Behandlung bei einem zu behandelnden Substrat, mit folgenden Schritten:
Sammeln von Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot auf einem Außenumfangsteil eines zu behandelnden Substrats vor der Behandlung des zu behandelnden Substrats oder bei der Behandlung des zu behandelnden Substrats, und Einführen der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot;
Detektieren der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot, welche Mehrfachreflexionen in dem zu behandelnden Substrat erfahren hat, und aus diesem ausgetreten ist;
Untersuchung der detektierten Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot, um einen Oberflächenzustand des zu behandelnden Substrats zu überwachen; und
Steuern von Behandlungsbedingungen zum Behandeln des zu behandelnden Substrats mit der erforderlichen Behandlung entsprechend dem überwachten Oberflächenzustand des zu behandelnden Substrats.

20. Substratbehandlungsverfahren zur Durchführung einer erforderlichen Behandlung bei einem zu behandelnden Substrat, mit folgenden Schritten:
Sammeln von Infrarotstrahlung oder von Strahlung im nahen Infrarot auf ein Außenumfangsteil eines zu behandelnden Substrats bei der Behandlung des zu behandelnden Substrats, und Einführen der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot;
Detektieren der Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot, welche Mehrfachreflexionen in dem zu behandelnden Substrat erfahren hat, und aus dem zu behandelnden Substrat ausgetreten ist;
Untersuchung der detektieren Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot, um einen Oberflächenzustand des zu behandelnden Substrats zu überwachen;
Detektieren eines Endpunktes der erforderlichen Behandlung des zu behandelnden Substrats auf der Grundlage des überwachten Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats.

21. Substratbehandlungsverfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein überwachter Pegel der Resonanzabsorptionsintensität der Infrarotstrahlung oder der Strahlung im nahen Infrarot mit einem vorbestimmten Bezugspegel verglichen wird, um zu beurteilen, ob die erforderliche Behandlung den Endpunkt erreicht hat oder nicht.

22. Substratbehandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß
die erforderliche Behandlung dazu dient, durch Lichtbestrahlung eine an dem zu behandelnden Substrat anhaftende Verunreinigung zu zerlegen und zu entfernen; und
bei der Überwachung des Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats die Verunreinigung, die an der Oberfläche des zu behandelnden Substrats anhaftet, überwacht wird, und Behandlungsbedingungen für die Reinigungsbehandlung entsprechend der überwachten Art und/oder Menge an Verunreinigung gesteuert werden.

23. Substratbehandlungsverfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schritt der Reinigung des zu behandelnden Substrats eine aktive Spezies zugeführt wird, die mit der Verunreinigung reagiert.

24. Substratbehandlungsverfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrmenge an aktiver Spezies auf der Grundlage des Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats gesteuert wird.

25. Substratbehandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungsintensität oder der Bestrahlungszeitraum für das Licht, welches auf das zu behandelnde Substrat aufgestrahlt wird, auf der Grundlage des Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats gesteuert wird.

26. Substratbehandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß
die erforderliche Behandlung zum Ätzen des zu behandelnden Substrats unter Verwendung eines Plasmas durchgeführt wird, und
die Bedingungen für die Ätzung auf der Grundlage des überwachten Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats gesteuert werden.

27. Substratbehandlungsverfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zustand des Plasmas auf der Grundlage des überwachten Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats gesteuert wird.

28. Substratbehandlungsverfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzbedingungen auf der Grundlage der Ergebnisse der Überwachung eines Adsorptionszustands eines Zuflusses oder eines Abflusses, der Zustände chemischer Bindungen oder Strukturen reaktiver Schichten auf der Oberfläche des zu behandelnden Substrats bestimmt werden.

29. Substratbehandlungsverfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzbedingungen auf der Grundlage überwachter Ergebnisse der Art und/oder der Menge an Verunreinigung bestimmt werden, die an der Oberfläche des zu behandelnden Substrats anhaftet.

30. Substratbehandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlung oder die Strahlung im nahen Infrarot auf ein Schrägteil auf dem Außenumfangsteil des zu behandelnden Substrats einfällt, welches durch Abschrägung der Ecke gebildet wird, die durch die Oberfläche des zu behandelnden Substrats und eine von dessen Außenumfangsoberflächen gebildet wird, und die Strahlung von dem Schrägteil in das zu behandelnde Substrat eingeführt wird.

31. Substratbehandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot, die aus dem zu behandelnden Substrat austritt, spektroskopisch mittels Fourier- Transformationsspektroskopie zerlegt wird, und die Verunreinigung auf der Grundlage des spektroskopischen Ergebnisses überwacht wird.

32. Substratbehandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot, die aus dem zu behandelnden Substrat austritt, spektroskopisch durch ein Beugungsgitter zerlegt wird, und die Verunreinigung auf der Grundlage des spektroskopischen Ergebnisses überwacht wird.

33. Substratbehandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung mehrfach durchgeführt wird, während das zu behandelnde Substrat gedreht wird, um den Oberflächenzustand des zu behandelnden Substrats im wesentlichen über die gesamten Oberflächen des zu behandelnden Substrats zu überwachen, und die Behandlungsbedingungen des zu behandelnden Substrats auf der Grundlage des überwachten Oberflächenzustands des zu behandelnden Substrats gesteuert werden.