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Dokumentenidentifikation DE19924583A1 02.12.1999
Titel Verfahren und Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung
Anmelder Advantest Corp., Tokio/Tokyo, JP;
Niwano, Michio, Sendai, Miyagi, JP;
Miyamoto, Nobuo, Sendai, Miyagi, JP
Erfinder Yoshida, Haruo, Tokio/Tokyo, JP;
Endo, Michiaki, Tokio/Tokyo, JP;
Niwano, Michio, Sendai, JP;
Miyamoto, Nobuo, Sendai, Miyagi, JP;
Maeda, Yasuhiro, Sendai, Miyagi, JP
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Anmeldedatum 28.05.1999
DE-Aktenzeichen 19924583
Offenlegungstag 02.12.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.12.1999
IPC-Hauptklasse G01N 21/88
IPC-Nebenklasse G01N 21/35   G01J 3/45   H01L 21/66   
Zusammenfassung Die Einrichtung weist eine Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 zum Sammeln von Infrarotstrahlung auf, die von einer Intrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandt wird, auf einem Außenumfangsteil eines zu überwachenden Substrats; eine Einfallswinkelsteuervorrichtung 80 zum Steuern des Einfallswinkels der Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 gesammelt wird, so daß der Einfallswinkel auf einen vorbestimmten Wert festgesetzt wird oder variabel ist; eine Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 zum Sammeln der Infrarotstrahlung, die Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat erfahren hat; eine Infrarotstrahlungsdeketorvorrichtung 50 zum Detektieren der Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 gesammelt wurde, sowie eine Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung 60 zum Untersuchen der Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungsdetektorvorrichtung 50 detektiert wurde, und zur Messung von Verunreinigungen, die auf den Oberflächen des zu überwachenden Substrats vorhanden sind.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung zur Durchführung der Überwachung von Oberflächenzuständen von Halbleitersubstraten vor Ort, mittels Infrarotspektroskopie an Herstellungsorten von Halbleitergeräten.

Aus verschiedenen Gründen ist es an Herstellungsorten von Halbleitergeräten erforderlich, daß die Oberflächenzustände der Halbleitersubstrate exakt festgestellt werden.

Beispielsweise ist es auf dem Gebiet integrierter Halbleiterschaltungen von Speichergeräten, beispielsweise DRAM (dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff) und dergleichen und bei Logikgeräten zur Ausbildung eines Gateisolierfilms mit einer dielektrischen Durchbruchsspannung mit einem erforderlichen Wert äußerst wichtig, daß die Oberflächenzustände eines Halbleitersubstrats eingestellt werden. Mit höherer Integrationsdichte eines Gerätes wird der Gateisolierfilm zum Zeitpunkt der Herstellung des Gerätes dünner ausgebildet, und ist das Gerät so aufgebaut, daß für die Eigenschaften in Bezug auf die Isolierung gegenüber einem elektrischen Feld (etwa 4 × 106 V/cm) eines MOSFET (Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistors) im Betrieb nur eine geringe Toleranz vorhanden ist. Üblicherweise wird ein Gateisolierfilm durch thermische Oxidation hergestellt. Bei der Herstellung eines Gateisolierfilms mittels thermischer Oxidation ist das Risiko vorhanden, wenn eine Oberflächenverschmutzung vorhanden ist, beispielsweise eine metallische Verunreinigung, eine chemische Verunreinigung, eine organische Verunreinigung oder andere Verunreinigungen, daß ein dielektrischer Durchbruch des hergestellten Gateisolierfilms hervorgerufen werden kann. Bekanntlich führen organische Verunreinigungen, die auf den Substratoberflächen übrigbleiben, nachdem der Gateisolierfilm hergestellt wurde, zu einer Beeinträchtigung der Isolation.

Die Plasmaätzung wird in weitem Ausmaß bei Schritten zur Musterbildung von Gerätestrukturen eingesetzt. Bei dem Plasmaätzvorgang ist es zur Einstellung optimaler Plasmaätzungen und zur Ermittlung des Endpunkts der Plasmaätzung sehr wirksam, wenn man die Absorptionszustände, die chemischen Bindungszustände, Strukturen und Dicken von Reaktionsschichten und dergleichen von Oberflächenzuständen von Halbleiterwafern weiß. Der Plasmaätzvorgang wird durch ein dynamisches Gleichgewicht zwischen Adsorptions-, Reaktions- und Eliminierungsvorgängen bestimmt, zwischen ankommenden Radikalionen und dergleichen, die in der Gasphase zugeführt werden, und abfließenden Substanzen von Halbleitersubstratoberflächen.

Neuerdings weisen Halbleitergeräte Elemente auf, die immer stärker verkleinert werden, und die immer stärker dreidimensional ausgebildet werden. Dies macht es schwierig für Reinigungslösungen, in derartige Mikrobereiche oder steile Stufen einzudringen, oder dort ausgetauscht zu werden. Unter Berücksichtigung einer noch weiteren Verkleinerung in der Zukunft wird eine Trockenreinigung in Erwägung gezogen. Beispielsweise zur Entfernung organischer Verunreinigungen, die auf Siliziumsubstraten vorhanden sind, ist eine Reaktion mit Ozon oder Sauerstoff wirksam, der durch UV-Strahlung angeregt wird. Sauerstoffmoleküle werden durch Licht mit Wellenlängen unterhalb von 242 nm in Atome getrennt. Die organischen Verunreinigungen werden durch die Sauerstoffatome oxidiert, und werden in H2O, O2, CO, CO2 und dergleichen mit hohem Dampfdruck gelöst. Organische Bindungen, beispielsweise C-C, C-H, C-O usw. können durch UV-Strahlung aufgebrochen werden. Die Kenntnis der Oberflächenzustände von Halbleitersubstraten ist daher auch sehr wesentlich zum Steuern von Parametern für die Trockenreinigung, beispielsweise die optimale Strahlungsmenge, Wellenlänge, Menge an Sauerstoff usw.

Natürliche Oxidfilme, die sich auf den Oberflächen von Halbleitersubstraten gebildet haben, sind bei derartigen Geräten nicht verwendbar, da ihre Dicke nicht gesteuert werden kann. Daher wird vorgezogen, bei der Herstellung eines Geräts auf einem Siliziumsubstrat natürliche Oxidfilme auf dem Siliziumsubstrat zu entfernen, und werden Siliziumbindungen auf den Oberflächen mit Wasserstoff abgesättigt, um die Oberflächen des Siliziumsubstrats zu stabilisieren. Dies liegt daran, daß Wasserstoff bei einer relativ niedrigen Temperatur von etwa 500°C entfernt werden kann, und die Absättigung mit Wasserstoff die folgenden Prozesse relativ wenig beeinflußt. Die meisten Siliziumatome auf den Oberflächen eines Siliziumsubstrats, mit welchem eine UV-Ozon-Reinigung und eine Ätzung mit HF durchgeführt wurde, werden mit Wasserstoff abgesättigt, und es bilden sich Si=H2 und Si-H. Wenn daher der Absättigungszustand mit Wasserstoff auf Siliziumsubstratoberflächen vorhanden ist, und die Temperaturabhängigkeit des Entfernens des absättigenden Wasserstoffs überwacht werden kann, können die Siliziumsubstratoberflächen zu Beginn der Halbleiterverarbeitung in einem geeigneten Zustand gehalten werden. Hierdurch lassen sich eine höhere Qualität und höhere Ausbeute erwarten.

Daher ist es sehr wichtig, den Oberflächenzustand des Halbleitersubstrats in Herstellungsvorgängen für ein Halbleitergerät zu kennen, und wurden verschiedene Verfahren und Einrichtungen zur Überwachung vorgeschlagen und in die Praxis umgesetzt.

Eine Vorrichtung zur Überwachung des Oberflächenzustands eines Halbleitersubstrats durch innere Mehrfachreflexion von Infrarotstrahlung wird beispielsweise durch eine FT-IR-Einrichtung (Fouriertransformations-Infrarotspektroskopie) zur Verfügung gestellt, wie sie etwa von Perkin-Elmer Co., USA verkauft wird. Für weitere Einsätze der Vorrichtung sind von Graseby Specac Limited beispielsweise verschiedene Zusatzgeräte erhältlich.

Bei dem herkömmlichen Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren unter Verwendung dieser Vorrichtung wird, wie beispielhaft in Fig. 41A gezeigt, ein zu überwachendes Substrat 102 in einen Streifen mit Abmessungen von beispielsweise 40 mm × 10 mm geschnitten, und man läßt von einer Infrarotstrahlungsquelle 104 ausgehende Infrarotstrahlung durch das zu überwachende Substrat 102 hindurchgehen, um Zustände der Substratoberflächen zu überwachen. In einem anderen Fall wird, wie beispielhaft in Fig. 41B dargestellt ist, ein zu überwachendes Substrat 102 mit einem verjüngten Ende ausgebildet, und läßt man Infrarotstrahlung auf die Endoberfläche des zu überwachenden Substrats 102 einfallen, damit Mehrfachreflexionen innerhalb des Substrats auftreten, wodurch ein Oberflächenzustand des Substrats überwacht wird. In einem anderen Fall läßt man, wie beispielhaft in Fig. 41C gezeigt ist, Infrarotstrahlung auf ein zu überwachendes Substrat über ein Prisma 106 einfallen, welches oberhalb des Substrats angeordnet ist, damit Mehrfachreflexionen innerhalb des Substrats auftreten, wodurch ein Oberflächenzustand des Substrats überwacht wird.

Das Grundprinzip der Überwachung eines Oberflächenzustands eines Substrats durch Anlegen von Infrarotstrahlung an das Substrat, damit die Infrarotstrahlung Mehrfachreflexionen innerhalb des Substrats erfährt, besteht darin, daß Spektren von Frequenzkomponenten von Dämpfungswellen gemessen werden, die austreten, wenn Licht auf den Substratoberflächen reflektiert wird, und eine Resonanzabsorption auftritt, wenn eine Übereinstimmung mit molekularen Schwingungsfrequenzen organischer Verunreinigungen auf den Substratoberflächen vorhanden ist, wodurch die Arten und Mengen der organischen Verunreinigungen bestimmt werden können. Das Grundprinzip führt weiterhin dazu, daß exaktere Information in Bezug auf organische Verunreinigungen auf Substratoberflächen erhalten wird. Weiterhin wird das Signal/Rauschverhältnis (S/N-Verhältnis) verbessert.

Bei diesem Überwachungsverfahren ist es allerdings erforderlich, ein zu überwachendes Substrat in Streifen zu schneiden, ein zu überwachendes Substrat zusätzlich zu bearbeiten, oder ein Prisma oberhalb eines zu überwachenden Substrats anzuordnen. Diese Überwachungsverfahren waren daher bei der Überwachung vor Ort, nämlich am Ort der Herstellung von Halbleitergeräten, nicht einsetzbar.

Als Verfahren zur Überwachung organischer Verunreinigungen auf Halbleitersubstraten sind bekannt: GC/MS (Gaschromatographie/Massenspektroskopie) mit thermischer Desorption, APIMS (Atmosphärendruckionisationsmassenspektroskopie), TDS (thermische Desorptionsspektroskopie), usw. Allerdings sind diese Verfahren nicht für die Überwachung vor Ort am Ort der Herstellung von Halbleitern geeignet, nämlich aus dem Grunde, daß mit diesen Verfahren keine direkte Beobachtung großer Wafer möglich ist, beispielsweise mit Durchmessern von mehr als 300 mm, deren Entwicklung angestrebt ist, weil eine Vakuumumgebungsatmosphäre erforderlich ist, nur niedrige Durchsatzraten erzielt werden, und aus anderen Gründen.

Wie voranstehend geschildert sind die voranstehend beschriebenen herkömmlichen Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren nicht bei der Überwachung vor Ort am Ort der Herstellung von Halbleitergeräten geeignet, da die Überwachung durch diese Verfahren zur Zerstörung führt, oder da diese Verfahren nicht zur Überwachung großer Halbleiterwafer geeignet sind. Verfahren und Einrichtungen zur Oberflächenzustandsüberwachung, welche die Überwachung vor Ort von Substratoberflächen am Ort der Herstellung von Halbleitergeräte gestatten, und die Überwachung großer Wafer ermöglichen, wären daher wünschenswert.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung, welche es am Ort der Herstellung eines Halbleitergerätes ermöglichen, eine Überwachung vor Ort von Oberflächenzuständen eines zu überwachenden Substrats durchzuführen, mittels Infrarotstrahlungsspektroskopie mit innerer Mehrfachreflexion.

Das voranstehend geschilderte Ziel wird durch eine Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung erreicht, welche aufweist: eine erste Infrarotstrahlungssammelvorrichtung zum Sammeln von Infrarotstrahlung, die von einer Infrarotstrahlungsquelle ausgesandt wird, auf einem äußeren Umfangsteil eines zu überwachenden Substrats, und zum Einführen der Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat; eine Einfallswinkelsteuervorrichtung zum Steuern des Einfallswinkels der Infrarotstrahlung, die von der ersten Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gesammelt wurde, und in das zu überwachende Substrat hineingelangt, auf einen festen vorgeschriebenen Wert oder in variabler Weise; eine zweite Infrarotstrahlungssammelvorrichtung zum Sammeln der Infrarotstrahlung, bei welcher Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat aufgetreten sind, und welche das zu überwachende Substrat verläßt; eine Infrarotstrahlungsdetektorvorrichtung zum Detektieren der Infrarotstrahlung, die von der zweiten Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gesammelt wurde; und eine Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung zum Untersuchen der Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungsdetektorvorrichtung detektiert wurde, um Verunreinigungen zu messen, die auf den Oberflächen des zu überwachenden Substrats vorhanden sind. Die Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung mit dem voranstehend geschilderten Aufbau ermöglicht es, ein zu überwachendes Substrat zu überwachen, ohne daß das Substrat zusätzlich für die Überwachung bearbeitet werden müßte, und erfordert es nicht, daß die für den Eintritt in das zu überwachende Substrat vorgesehene Infrarotstrahlung über ein Prisma und dergleichen eintritt, welches oberhalb des zu überwachenden Substrats angeordnet ist. Die Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung wird als Einrichtung zur Überwachung von Oberflächenzuständen vor Ort eines zu überwachenden Substrats am Ort von dessen Herstellung mittels Infrarotspektroskopie verwendet.

Bei der voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung ist es möglich, daß die Einfallswinkelsteuervorrichtung den Einfallswinkel der Infrarotstrahlung steuert, welche in das zu überwachende Substrat hineingelangt, so daß der Reflexionswinkel der Infrarotstrahlung innerhalb des zu überwachenden Substrats unterhalb des kritischen Winkels für die Totalreflexion liegt.

Bei der voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung ist es möglich, daß die Einfallswinkelsteuervorrichtung den Einfallswinkel der in das zu überwachende Substrat hineingelangenden Infrarotstrahlung so steuert, daß das Energiereflexionsvermögen der Infrarotstrahlung zum Zeitpunkt des Eintritts in das zu überwachende Substrat unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt.

Bei der voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung ist es möglich, daß die Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung die Verunreinigungen auf der Grundlage eines spektroskopischen Ergebnisses identifiziert, welches sich aus Fouriertransformations-Spektroskopie ergibt.

Bei der voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung ist es möglich, daß die Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung die Verunreinigungen auf der Grundlage eines spektroskopischen Ergebnisses identifiziert, welches man mittels Infrarotspektroskopie unter Verwendung eines Beugungsgitters erhält.

Bei der voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung ist es möglich, daß das zu überwachende Substrat ein Paar geneigter Teile an Außenumfangsteilen aufweist, die durch Abschrägung der Kanten gebildet werden, die durch ein Paar von Oberflächen des zu überwachenden Substrats und dessen Außenumfangsoberfläche gebildet werden, und daß die erste Infrarotstrahlungssammelvorrichtung die Infrarotstrahlung auf einer oder beiden der geneigten Teile des zu überwachenden Substrats sammelt. Infrarotstrahlung wird in ein zu überwachendes Substrat durch die vorher ausgebildeten abgeschrägten Teile eingeführt, so daß Infrarotstrahlung mit hohem Wirkungsgrad in das zu überwachende Substrat eingegeben werden kann, ohne daß eine zusätzliche Bearbeitung des zu überwachenden Substrats erforderlich ist. Infrarotstrahlung fällt auf beide Schrägteile eines Paars ein, wodurch eine höhere Meßempfindlichkeit erzielt werden kann.

Bei der voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung ist es möglich, daß die Einrichtung darüber hinaus aufweist: eine Substratmontagevorrichtung, die einen Positionssteuermechanismus aufweist, zum Haltern des zu überwachenden Substrats und zur Einstellung der Position der Infrarotstrahlung, die auf das zu überwachende Substrat einfällt, und mit einem Drehmechanismus zum Drehen des zu überwachenden Substrats. Die Substrathalterungsvorrichtung mit einem derartigen Aufbau ermöglicht die Ausrichtung eines zu überwachenden Substrats. Die Überwachung wird wiederholt, wobei das zu überwachende Substrat gedreht wird. Oberflächenzustände können einfach auf den gesamten Substratoberflächen überwacht werden.

Bei der voranstehend geschilderten Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung ist es möglich, daß die erste Infrarotstrahlungssammelvorrichtung die Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungsquelle ausgesandt wird, auf einen Versuchsbrennpunkt oder einen kreisförmigen Brennpunkt entlang einem Außenumfang des zu überwachenden Substrats fokussiert. Infrarotstrahlung wird in Versuchsform entlang einem Außenumfang eines zu überwachenden Substrats gesammelt, wodurch die Infrarotstrahlung mit höherem Wirkungsgrad genutzt werden kann. Infrarotstrahlung kann in kreisförmiger Form gesammelt werden, damit die Infrarotstrahlung in ein zu überwachendes Substrat mit nur geringfügig niedrigerem Wirkungsgrad eingeführt wird, verglichen mit jenem Fall, in welchem Infrarotstrahlung in einer durch Versuche ermittelten Form gesammelt wird.

Bei der voranstehend geschilderten Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung ist es möglich, daß die erste Infrarotstrahlungssammelvorrichtung einen kugelförmigen Spiegel aufweist, und einen empirische Spiegel, der so angeordnet ist, daß ein Brennpunkt des Versuchsspiegels an einem Brennpunkt des kugelförmigen Spiegels angeordnet wird; wobei die Infrarotstrahlungsquelle an dem Brennpunkt des empirischen Spiegels angeordnet wird, und die erste Infrarotstrahlungssammelvorrichtung die Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungsquelle ausgesandt wird, an dem anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels sammelt.

Bei der voranstehend geschilderten Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung ist es möglich, daß die zweite Infrarotstrahlungssammelvorrichtung einen kugelförmigen Spiegel aufweist, sowie einen empirischen Spiegel, der so angeordnet ist, daß ein Brennpunkt des empirischen Spiegels am Brennpunkt des kugelförmigen Spiegels angeordnet wird; wobei das zu überwachende Substrat so angeordnet wird, daß eine Austrittsendoberfläche des zu überwachenden Substrats, durch welche die Infrarotstrahlung austritt, an dem Brennpunkt des empirischen Spiegels angeordnet wird, und die zweite Infrarotstrahlungssammelvorrichtung die Infrarotstrahlung, die aus dem zu überwachenden Substrat austritt, auf dem Brennpunkt des empirischen Spiegels sammelt.

Bei der voranstehend geschilderten Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung ist es möglich, daß die zweite Infrarotstrahlungssammelvorrichtung ein Paar reflektierender Spiegel aufweist, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, mit einem Abstand dazwischen, auf einer Seite des zu überwachenden Substrats, der kleiner ist als der Abstand zwischen den beiden Spiegeln auf der Seite der Infrarotstrahlungsdetektorvorrichtung.

Bei der voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung ist es möglich, daß die Einrichtung zusätzlich aufweist: einen reflektierenden Spiegel, der auf einer Endoberfläche des zu überwachenden Substrats gegenüberliegend von dessen Endoberfläche angeordnet ist, auf welche die Infrarotstrahlung einfällt, wobei der reflektierende Spiegel die Infrarotstrahlung reflektiert, die aus dem zu überwachenden Substrat austritt, und die Infrarotstrahlung erneut in das zu überwachende Substrat schickt. Der optische Pfad der Infrarotstrahlung, die sich in einem zu überwachenden Substrat fortpflanzt, kann daher lang sein, so daß eine höhere Detektionsempfindlichkeit erzielt werden kann.

Bei der voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung ist es möglich, daß das zu überwachende Substrat ein Substrat ist, welches ein Paar im wesentlichen paralleler, polierter Oberflächen aufweist.

Bei der voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung ist es möglich, daß die Infrarotstrahlungsquelle eine Lichtquelle zum Aussenden von Strahlung im Infraroten oder im nahen Infraroten aufweist, und ein optisches System zur Umwandlung von Licht, das von der Lichtquelle ausgesandt wird, in im wesentlichen parallele Strahlen.

Bei der voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung ist vorzugsweise das zu überwachende Substrat ein Substrat, welches es ermöglicht, daß die Infrarotstrahlung mehr als 300 mal in dem zu überwachenden Substrat reflektiert wird.

Bei der voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung wird vorzugsweise mit dem zu überwachenden Substrat vorher eine bestimmte Verarbeitung durchgeführt, hinterher eine bestimmte Verarbeitung durchgeführt, oder überhaupt eine bestimmte Verarbeitung durchgeführt.

Das voranstehend geschilderte Ziel wird ebenfalls durch eine Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung erreicht, welche aufweist: einen ersten Infrarotstrahlungssammler zum Sammeln von Infrarotstrahlung, die von einer Infrarotstrahlungsquelle ausgesandt wird, auf einem Außenumfangsteil eines zu überwachenden Substrats, und zum Einführen der Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat; eine Einfallswinkelsteuerung zum Steuern des Einfallswinkels der Infrarotstrahlung, die von der ersten Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gesammelt wurde, und welche in das zu überwachende Substrat eintritt, auf einen vorbestimmten festen Wert, oder einen variablen Wert; einen zweiten Infrarotstrahlungssammler zum Sammeln der Infrarotstrahlung, die Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat erfahren hat, und aus diesem austritt; einen Infrarotstrahlungsdetektor zum Detektieren der Infrarotstrahlung, die von der zweiten Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gesammelt wurde; und einen Infrarotstrahlungsanalysator zum Untersuchen der Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungsdetektorvorrichtung detektiert wurde, um Verunreinigungen zu messen, die auf den Oberflächen des zu überwachenden Substrats vorhanden sind.

Das voranstehend geschilderte Ziel wird ebenfalls durch ein Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren erreicht, welches umfaßt: Sammeln von Infrarotstrahlung auf einem Außenumfangsteil des zu überwachenden Substrats, wobei der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung auf einem erforderlichen Wert festgehalten wird, oder geändert wird, um die Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat durch das Außenumfangsteil einzugeben; Detektieren der Infrarotstrahlung, die innere Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat erfahren hat, und aus dem Substrat ausgetreten ist; und Untersuchung der detektierten Infrarotstrahlung, um Verunreinigungen zu messen, die auf den Oberflächen des zu überwachenden Substrats vorhanden sind. Das Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren ermöglicht es, daß ein zu überwachendes Substrat überwacht wird, ohne daß es für die Überwachung zusätzlich bearbeitet werden muß, und erfordert es nicht, daß Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat über ein Prisma und dergleichen zugeführt werden muß, welches oberhalb des zu überwachenden Substrats angeordnet ist. Das Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren ermöglicht es, vor Ort Oberflächenzustände eines Halbleitersubstrats an dem Ort von dessen Herstellung mittels Infrarotspektroskopie zu überwachen.

Das voranstehend geschilderte Ziel wird ebenfalls durch ein Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren erreicht, welches umfaßt: Sammeln von Infrarotstrahlung auf einem Außenumfangsteil eines zu überwachenden Substrats, Abtastung von Einfallswinkeln in einem vorbestimmten Bereich, um die Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat über das Außenumfangsteil zu leiten; Detektieren der Infrarotstrahlung, bei welcher innere Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat aufgetreten sind, und welche das zu überwachende Substrat verlassen hat; und Untersuchung der detektierten Infrarotstrahlung, um Verunreinigungen zu messen, die auf den Oberflächen des zu überwachenden Substrats vorhanden sind. Das Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren ermöglicht es, daß ein zu überwachendes Substrat überwacht werden kann, ohne für die Überwachung zusätzlich bearbeitet werden zu müssen, und erfordert es nicht, daß Infrarotstrahlung, die in das zu überwachende Substrat hineingelangen soll, über ein Prisma und dergleichen zugeführt wird, welches oberhalb des zu überwachenden Substrats angeordnet ist. Die Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung wird als Einrichtung für die Überwachung vor Ort von Oberflächenzuständen eines zu überwachenden Substrats an dem Ort von dessen Herstellung mittels Infrarotspektroskopie eingesetzt. Die Einfallswinkel der Infrarotstrahlung werden abgetastet, wodurch ein Bereich eines zu überwachenden Substrats entlang dem optischen Pfad der Infrarotstrahlung kontinuierlich detektiert werden kann. Hierdurch kann eine höhere Meßempfindlichkeit erzielt werden.

Bei dem voranstehend geschilderten Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren ist es möglich, daß mit der Infrarotstrahlung, die auf dem zu überwachenden Substrat ausgetreten ist, Fouriertransformations- Spektroskopie durchgeführt wird, und die Verunreinigungen auf der Grundlage des spektroskopischen Ergebnisses identifiziert werden.

Bei dem voranstehend geschilderten Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren ist es möglich, daß mit der Infrarotstrahlung, die das zu überwachende Substrat verlassen hat, Spektroskopie unter Verwendung eines Beugungsgitters durchgeführt wird, und die Verunreinigungen auf der Grundlage des spektroskopischen Ergebnisses identifiziert werden.

Das voranstehend geschilderte Ziel wird ebenfalls durch ein Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren erreicht, welches umfaßt: Sammeln von Infrarotstrahlung auf einem Außenumfangsteil eines zu überwachenden Substrats, wobei der Einfallswinkel auf einem vorbestimmten Wert festgehalten, oder aber geändert wird, damit die Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat über das Außenumfangsteil eingeführt wird; Detektieren der Infrarotstrahlung, die innere Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat erfahren hat, und das zu überwachende Substrat verlassen hat; und Vergleichen der Intensität der detektierten Infrarotstrahlung mit einer Bezugsintensität, und Beurteilung, ob das zu überwachende Substrat gut oder schlecht ist, auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses. Daher werden Oberflächenzustände eines zu überwachenden Substrats überwacht, wodurch die Oberflächenzustände vor Ort an dem Ort der Herstellung des Substrats überwacht werden können, ohne daß das Substrat zusätzlich für die Überwachung bearbeitet werden muß, und ohne daß Infrarotstrahlung dem zu überwachenden Substrat unter Verwendung eines Prismas und dergleichen zugeführt werden muß, das oberhalb des zu überwachenden Substrats angeordnet ist. Trotz des einfachen Aufbaus der Einrichtung kann beurteilt werden, ob ein zu überwachendes Substrat gut ist oder nicht.

Das voranstehend geschilderte Ziel wird weiterhin durch ein Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren erreicht, welches umfaßt: Sammeln von Infrarotstrahlung auf einem Außenumfangsteil eines zu überwachenden Substrats, wobei der Einfallswinkel auf einem vorbestimmten Wert festgehalten wird, oder aber geändert wird, um die Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat über das Außenumfangsteil einzuführen; selektives Detektieren der Infrarotstrahlung, die innere Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat erfahren hat, und das zu überwachende Substrat verlassen hat, in einem Wellenlängenbereich entsprechend einer Molekülschwingung einer bestimmten Verunreinigung; und Berechnung der Menge der spezifischen Verunreinigung, die auf den Oberflächen des zu überwachenden Substrats vorhanden ist, auf der Grundlage der Intensität der detektierten Infrarotstrahlung. Auf diese Weise werden Oberflächenzustände eines zu überwachenden Substrats überwacht, wodurch es nicht erforderlich ist, zusätzlich das zu überwachende Substrat für die Überwachung zu bearbeiten, und die Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat über ein Prisma und dergleichen einzugeben, welches oberhalb des zu überwachenden Substrats angeordnet ist. Hierdurch wird ermöglicht, daß Oberflächenzustände eines Halbleitersubstrats vor Ort an dem Ort seiner Herstellung überwacht werden. Die Mengen an Verunreinigungen, die auf den Oberflächen des zu überwachenden Substrats vorhanden sind, können ohne Einsatz eines Infrarotspektrometers gemessen werden, wodurch der Aufbau der Einrichtung einfach und kostengünstig wird.

Bei dem voranstehend geschilderten Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren ist es möglich, daß der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die auf das zu überwachende Substrat einfällt, in einem Bereich gesteuert wird, in welchem der Reflexionswinkel der Infrarotstrahlung in dem zu überwachenden Substrat größer als 0° ist, und nicht größer als der kritische Winkel für die Totalreflexion. Hierdurch können Verluste an Infrarotstrahlung durch die innere Mehrfachreflexion verringert werden.

Bei dem voranstehend geschilderten Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren ist es möglich, daß der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die auf das zu überwachende Substrat einfällt, in einem Bereich gesteuert wird, in welchem das Energiereflexionsvermögen der Infrarotstrahlung zu dem Zeitpunkt, an welchem die Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat eintritt, unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt. Hierdurch ergibt sich ein hoher Nutzungswirkungsgrad der Infrarotstrahlung.

Bei dem voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren ist es möglich, daß die Infrarotstrahlung zum Eintritt in das zu überwachende Substrat durch eines oder beide eines Paares geneigter Teile auf dem Außenumfangsteil veranlaßt wird, die durch Abschrägung der Ränder gebildet werden, die durch ein Paar von Oberflächen des zu überwachenden Substrats und dessen Außenumfangsoberfläche gebildet werden. Infrarotstrahlung wird in ein zu überwachendes Substrat über die vorher ausgebildeten Schrägteile eingeführt, so daß Infrarotstrahlung mit hohem Wirkungsgrad in das zu überwachende Substrat eingegeben werden kann, ohne eine zusätzliche Bearbeitung des zu überwachenden Substrats. Infrarotstrahlung fällt auf beide Schrägteile des Paars ein, wodurch eine höhere Meßempfindlichkeit erzielt werden kann.

Bei dem voranstehend geschilderten Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren ist es möglich, daß die Infrarotstrahlung, die in das zu überwachende Substrat hineingelangt ist, eine Hin- und Herbewegung in dem zu überwachenden Substrat durchführt, und das zu überwachende Substrat über eine Endoberfläche verläßt, durch welche die Infrarotstrahlung hineingelangt ist, und dann detektiert wird. Hierdurch kann der optische Pfad der Infrarotstrahlung, die sich in dem zu überwachenden Substrat ausbreitet, lang ausgebildet werden. Dies ermöglicht eine höhere Meßempfindlichkeit.

Bei dem voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren ist vorzugsweise das zu überwachende Substrat ein Substrat, welches ein Paar im wesentlichen paralleler polierter Oberflächen aufweist.

Bei dem voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren ist es möglich, daß die Position einer Substratmontagevorrichtung zum Haltern des zu überwachenden Substrats so gesteuert wird, daß die Infrarotstrahlungsmenge, die detektiert wird, nachdem die Infrarotstrahlung innere Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat erfahren hat, einen Maximalwert annimmt.

Bei dem voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren ist es möglich, daß das zu überwachende Substrat mehrfach überwacht wird, und gedreht wird, um im wesentlichen sämtliche Oberflächen des zu überwachenden Substrats zu überwachen.

Bei dem voranstehend beschriebenen Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren ist es möglich, daß die Infrarotstrahlung auf einem empirischen Brennpunkt oder einem kreisförmigen Brennpunkt gesammelt wird, damit sie auf das zu überwachende Substrat einfällt. Infrarotstrahlung wird in einer empirischen Form entlang dem Außenumfang eines zu überwachenden Substrats gesammelt, wodurch die Infrarotstrahlung mit höherem Nutzungswirkungsgrad eingesetzt werden kann. Infrarotstrahlung kann dadurch in ein zu überwachendes Substrat eingeführt werden, daß sie in kreisförmiger Form gesammelt wird, jedoch mit geringfügig niedrigerem Nutzungswirkungsgrad, verglichen mit jenem Fall, in welchem die Infrarotstrahlung in empirischer Form gesammelt wird.

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

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Infrarotstrahlungsquelle der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der ersten sowie einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3A und 3B Ansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zum Sammeln von Infrarotstrahlung entlang dem Außenumfang eines zu überwachenden Substrats durch Verwendung eines Konkavspiegels;

Fig. 4A und 4B Ansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zum Sammeln von Infrarotstrahlung entlang dem Außenumfang eines zu überwachenden Substrats unter Verwendung einer Zylinderlinse oder eines Schlitzes;

Fig. 5 ein Diagramm der Abhängigkeit des Einfallswinkels vom Energiereflexionsvermögen zu dem Zeitpunkt, an welchem Infrarotstrahlung ein Siliziumsubstrat in die Luft hin verläßt;

Fig. 6 eine Ansicht des Aufbaus eines Wafers von 300 mm gemäß SEMI-Standardspezifikationen;

Fig. 7 eine Ansicht der Form eines Umfangsrandes eines Wafers von 300 mm entsprechend den SEMI- Standardspezifikationen;

Fig. 8 eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Einstellen eines Einfallswinkels von Infrarotstrahlung, bei welchem die Infrarotstrahlung auf ein zu überwachendes Substrat einfällt, wobei das Verfahren bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;

Fig. 9 eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines Falles, in welchem der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung fest ist;

Fig. 10 eine schematische Darstellung zur Erläuterung von Vorteilen, die durch die Abtastung von Einfallswinkeln der Infrarotstrahlung erzielt werden;

Fig. 11 ein Diagramm von Spektren der inneren Mehrfachreflexion in dem Wafer von 300 mm;

Fig. 12 ein Diagramm von Absorptionsspektren, die durch innere Mehrfachreflexion in einem zu überwachenden Substrat entstehen;

Fig. 13 ein Diagramm mit einer Darstellung der Beziehungen zwischen Absorptionsspektren und den Mengen an zurückgebliebenen Verunreinigungen;

Fig. 14 ein Diagramm mit einer Darstellung der Beziehungen zwischen Absorptionsspektren und den Mengen an zurückgebliebenen Kohlenstoffatomen;

Fig. 15 ein Diagramm mit einer Darstellung der Beziehungen zwischen Absorptionsvermögen und den Zeiten der inneren Mehrfachreflexion;

Fig. 16 eine schematische Ansicht der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 17A und 17B schematische Schnittansichten eines zu überwachenden Substrats, welche die Beziehungen zwischen dem zu überwachenden Substrat und der Infrarotstrahlung bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 18 eine schematische Darstellung eines Zustandes, in welchem Licht von der Luft aus in Silizium eintritt;

Fig. 19 eine Darstellung der Beziehungen zwischen Einfallswinkeln und Energiereflexionsvermögen;

Fig. 20A und 20B schematische Schnittansichten eines Zustands, in welchem ein ungeeigneter Einfallswinkel der Infrarotstrahlung vorhanden ist;

Fig. 21 eine schematische Ansicht eines Zustands, bei welchem Infrarotstrahlung im Inneren eines Siliziumwafers reflektiert wird;

Fig. 22 eine schematische Schnittansicht eines zu überwachenden Substrats, wobei die Beziehungen zwischen dem zu überwachenden Substrat und der Infrarotstrahlung dargestellt sind;

Fig. 23 eine schematische Schnittansicht eines zu überwachenden Substrats, wobei ein Zustand dargestellt ist, in welchem ein ungeeigneter Einfallswinkel für die Infrarotstrahlung vorhanden ist;

Fig. 24 eine schematische Ansicht einer ersten Infrarotstrahlungsquelle gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei deren Aufbau dargestellt ist;

Fig. 25A und 25B Ansichten zur Erläuterung des Betriebsablaufs der in Fig. 24 dargestellten Infrarotstrahlungsquelle;

Fig. 26 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer zweiten Infrarotstrahlungsquelle gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 27 eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebsablaufs der in Fig. 26 gezeigten Infrarotstrahlungsquelle;

Fig. 28 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 29 eine Ansicht zur Erläuterung des Betriebsablaufs der in Fig. 28 dargestellten Infrarotstrahlungssammelvorrichtung;

Fig. 30A und 30B Ansichten zur Erläuterung der Auswirkungen der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 31 eine Ansicht zur Erläuterung eines optischen Pfades von Infrarotstrahlung, die in ein zu überwachendes Substrat hineingelangt ist;

Fig. 32 eine Darstellung der Beziehungen zwischen Positionen eines zu überwachenden Substrats in Bezug auf die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung, und auf einen Infrarotstrahlungsausbreitungspfad in der in Fig. 1 dargestellten Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung;

Fig. 33 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 34 eine Ansicht zur Erläuterung des Betriebsablaufs der in Fig. 33 dargestellten Infrarotstrahlungssammelvorrichtung;

Fig. 35 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 36 eine Darstellung der Beziehungen zwischen Positionen eines zu überwachenden Substrats in Bezug auf die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung, und in Bezug auf den optischen Pfad der Infrarotstrahlung in der in Fig. 35 gezeigten Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung;

Fig. 37A bis 37C Ansichten mit einer Darstellung der Beziehungen zwischen Anordnungen von Detektorreflexionsspiegeln und Einfallswinkeln der Infrarotstrahlung, welche in einen Infrarotstrahlungsdetektor hineingelangt;

Fig. 38 eine Darstellung der Beziehungen zwischen Anordnungen der reflektierenden Detektorspiegel und Ausbreitungsrichtungen der Infrarotstrahlung;

Fig. 39 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des Verfahrens und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 40A und 40B schematische Darstellungen zur Erläuterung eines weiteren Verfahrens bzw. einer weiteren Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 41A bis 41C Darstellungen zur Erläuterung des herkömmlichen Verfahrens und der herkömmlichen Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung.

[Erste Ausführungsform]

Das Verfahren und die Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 15 erläutert.

(1) Grundlegender Aufbau der Einrichtung

Die Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 10 beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch die Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Fig. 2 ist eine schematisch Schnittansicht einer Infrarotstrahlungsquelle der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Fig. 3A und 3B sind Ansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zum Sammeln von Infrarotstrahlung durch einen Konkavspiegel entlang dem Außenumfang eines zu überwachenden Substrats. Die Fig. 4A und 4B sind Ansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zum Sammeln von Infrarotstrahlung durch eine Zylinderlinse oder einen Schnitt entlang dem Außenumfang eines zu überwachenden Substrats. Fig. 5 ist ein Diagramm der Abhängigkeit des Einfallswinkels vom Energiereflexionsvermögen zu jenem Zeitpunkt, an welchem die Infrarotstrahlung vom Inneren eines Siliziumsubstrats in die Luft abgestrahlt wird. Die Fig. 6 und 7 sind Ansichten des Aufbaus eines Wafers von 300 mm gemäß SEMI-Standardspezifikationen. Fig. 8 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur Einstellung des Einfallswinkels der Infrarotstrahlung auf einem zu überwachenden Substrat, welches bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird. Fig. 9 erläutert schematisch die Nachteile in einem Fall, in welchem ein fester Einfallswinkel für die Infrarotstrahlung verwendet wird. Fig. 10 erläutert schematisch die Vorteile in einem Fall, in welchem eine Abtastung der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung vorgenommen wird.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist die Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Substrathalterung 10 auf, auf welcher ein zu überwachendes Substrat 12 angebracht werden soll; eine Infrarotstrahlungsquelle 20, die Infrarotstrahlung aussendet; eine Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30, die von der Infrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandte Infrarotstrahlung in einer vorbestimmten Form sammelt, um die Infrarotstrahlung dem zu überwachenden Substrat 12 zuzuführen; eine Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 zum Sammeln von Infrarotstrahlung, welche Mehrfachreflexionen im Inneren des zu überwachenden Substrats 12 erfahren hat, und durch das zu überwachende Substrat 12 hindurchgegangen ist, damit die Infrarotstrahlung an einen Infrarotstrahlungsdetektor 50 angelegt werden kann; und den Infrarotstrahlungsdetektor 50, der die Infrarotstrahlung von der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 detektiert.

Die Infrarotstrahlungsquelle 20 ist an einen Steuer/Untersuchungscomputer 60 über eine Infrarotstrahlungsquellenpositionseinstellvorrichtung 22 angeschlossen. Die Substrathalterung 20 ist an den Steuer/Untersuchungscomputer 60 über eine Substrathalterungssteuervorrichtung 16 angeschlossen. Daher wird Infrarotstrahlung auf ein vorbestimmtes Teil des zu überwachenden Substrats 12 aufgebracht, das auf die Substrathalterung 10 aufgesetzt ist.

Die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 ist mit dem Steuer/Untersuchungscomputer 60 über eine Einfallswinkelsteuerung 80 verbunden. Der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die an das zu überwachende Substrat 12durch die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 angelegt wird, wird daher auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, geändert, oder es erfolgt eine Abtastung (scan).

Infrarotstrahlung, die durch die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 gesammelt wurde, wird dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 über ein Spektroskop 52 zugeführt. Der Infrarotstrahlungsdetektor 50 ist an den Steuer/Untersuchungscomputer 60 angeschlossen, so daß ein Oberflächenzustand des zu überwachenden Substrats 12 auf der Grundlage detektierter Signale untersucht werden kann, die von dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 stammen. Eine Anzeigevorrichtung 70 ist an den Steuer/Untersuchungscomputer 60 angeschlossen, so daß die Anzeigevorrichtung 70 die Ergebnisse der Untersuchung der detektierten Signale anzeigt, die von dem Steuer/Untersuchungscomputer 60 durchgeführt wurde, und darüber hinaus Datenbankzugriffsergebnisse anzeigt.

Eine Vorrichtung zum Entfernen von in der Luft enthaltenem Kohlendioxid (CO2), dessen Spektrum das Spektrum eines organischen Moleküls (nicht gezeigt) überlagert, ist in einen optischen Pfad des Infrarotstrahlungsdetektors 50 und einen optischen Pfad der überwachten Infrarotstrahlung eingefügt.

Die Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist grundsätzlich ebenso wie die herkömmlichen Einrichtungen aufgebaut, jedenfalls in Bezug auf den Infrarotstrahlungsdetektor, die Vorrichtung zum Führen der Infrarotstrahlung zum Infrarotstrahlungsdetektor, eine Datenbank zum Identifizieren von Substanzarten, auf der Grundlage von Meßergebnissen, die von dem Infrarotstrahlungsdetektor stammen, und in Bezug auf die Vorrichtung zum Entfernen von Kohlendioxid in Luft, dessen Spektrum das Spektrum eines organischen Moleküls überlappt, die als Hilfsvorrichtung in den optischen Pfad des Infrarotstrahlungsdetektors und den optischen Pfad der überwachten Infrarotstrahlung eingefügt ist.

Die Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von den herkömmlichen Einrichtungen in der Hinsicht, daß sie die Infrarotstrahlungsquelle 20 zum Aussenden von Infrarotstrahlung aufweist; das optische System (die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30) zum wirksamen Sammeln der Infrarotstrahlung in einer Form, die zu einem Außenumfang eines zu überwachenden Substrats 12 paßt, oder in einem Punkt auf dem Außenumfang des zu überwachenden Substrats 12, und zum Anlegen der Infrarotstrahlung an das zu überwachende Substrat 12; und in Bezug auf das optische System (die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40) zum erneuten Sammeln der Infrarotstrahlung, die Mehrfachreflexionen im Inneren des Substrats erfahren hat, und das Substrat an einem Punkt symmetrisch zum Einfallspunkt verlassen hat, und zum Führen der Infrarotstrahlung zu dem Infrarotstrahlungsdetektor.

Das optische System ist auf die voranstehend geschilderte Weise ausgebildet, wodurch organische Verunreinigungen und chemische Verunreinigungen auf einem zu überwachenden Substrat 12 überwacht werden können, ohne ein zusätzliche Bearbeitung wie beispielsweise chemische Ätzung bei dem Substrat durchführen zu müssen, und ohne Infrarotstrahlung in das Substrat über ein Prisma einzuleiten, welches oberhalb des zu überwachenden Substrats 12 angeordnet ist.

Das Steuersystem (die Einfallswinkelsteuerung 80) zum Steuern des Einfallswinkels der Infrarotstrahlung, die an ein zu überwachendes Substrat 12 angelegt wird, ist als Hilfsmittel vorgesehen, wodurch eine deutlich erhöhte Empfindlichkeit bei der Messung organischer Verunreinigungen und chemischer Verunreinigungen auf dem zu überwachenden Substrat 12 erzielt werden kann.

Die jeweiligen Bauteile der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nachstehend getrennt im einzelnen erläutert. Es ist ebenfalls möglich, daß verschiedene Bauteile einer dritten bis achten Ausführungsform, die nachstehend noch genauer erläutert werden, bei der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen werden.

(a) 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 im Band von 2 bis 25 µm zur Verfügung, entsprechend Molekülschwingungen organischer Moleküle. Beispielsweise kann Wärmestrahlung, die durch Anlegen von Strom an einen Heizfaden aus Siliziumkarbid (SiC) ausgestrahlt wird, als Lichtquelle 24 eingesetzt werden. Eine Lichtquelle aus SiC, beispielsweise eine SiC-Glühlampe oder dergleichen, weist die Eigenschaften auf, daß sie Infrarotstrahlung im Band von 1,1 bis 25 µm aussendet, und ungeschützt in Luft eingesetzt werden kann, ohne zu verbrennen.

Infrarotstrahlung wird als Lichtquelle für die Überwachung eingesetzt, da Infrarotstrahlung an sich Energieniveaus aufweist, die niedriger sind als beispielsweise 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 Objekt beschädigt. Dies stellt einen der Gründe dar, warum Infrarotstrahlung als Sondenstrahlquelle ausgewählt wird, die nicht empfindliche, zu überwachende Objekte beschädigt, beispielsweise hochintegrierte Halbleitergeräte bei ihren Herstellungsvorgängen.

Der wesentlichste Grund für die Verwendung von Infrarotstrahlung besteht darin, daß die Frequenzbereiche organischer Verunreinigungen oder chemischer Verunreinigungen, die detektiert werden sollen, im wesentlichen in dem Frequenzbereich der Infrarotstrahlung liegen.

Die rückwärtige Reflexionsplatte 26 und die vordere Reflexionsplatte 28 dienen als Teile der Infrarotstrahlungsquelle dazu, den Wirkungsgrad der effektiven Infrarotstrahlungsmenge bei einem zugeführten konstanten Strom zu verbessern. Bei der hinteren Reflexionsplatte 26 und der vorderen Reflexionsplatte 28 sind die Oberflächen mit einem Material beschichtet, welches Infrarotstrahlung wirksam reflektiert, beispielsweise Aluminium und dergleichen.

Die hintere Reflexionsplatte 26 wird durch eine parabolische Reflexionsplatte gebildet, und ist angeordnet, daß die Infrarotstrahlungsquelle 24 an einem Brennpunkt des Paraboloids liegt. Daher wird Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungsquelle 24 ausgesandt wird, 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 für die Überwachung erforderliche Infrarotstrahlung austritt.

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 28 reflektiert wird, wird erneut auf der rückwärtigen Reflexionsplatte 26 reflektiert, und ein gewisser Anteil der reflektierten Infrarotstrahlung wird in im wesentlichen parallele Strahlen umgewandelt, was die wirksame Infrarotstrahlung erhöht.

Weitere Beispiele für die rückwärtige Reflexionsplatte 26 und die vordere Reflexionsplatte 28 werden später im Zusammenhang mit einer vierten Ausführungsform erläutert.

Die Infrarotstrahlungsquelle kann eine explosionsgeschützte Infrarotstrahlungsquelle sein, bei welcher das Austrittsfenster für Infrarotstrahlung aus einem die Infrarotstrahlung durchlassenden Material besteht. Die Infrarotstrahlungsquelle dieser Art ist besonders wirksam in einem Fall, in welchem ein brennbares Gas in das Überwachungssystem geleitet werden muß.

Die vordere Reflexionsplatte 28 ist nicht unbedingt erforderlich.

(b) Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30

Bei der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird Infrarotstrahlung dazu veranlaßt, in ein zu überwachendes Substrat 12 über ein Teil des Außenumfangs des zu überwachenden Substrats 12 hineinzugelangen. Zu diesem Zweck ist es für einen höheren Einfallswirkungsgrad der Infrarotstrahlung, die in das zu überwachende Substrat hineingelangt, wesentlich, wie die Infrarotstrahlung gesammelt wird, die von der Infrarotstrahlungsquelle 20 abgegeben wird, damit die Infrarotstrahlung an das zu überwachende Substrat angelegt werden kann.

Vorzugsweise wird Infrarotstrahlung so gesammelt, daß sie eine elliptische Form aufweist, entlang dem Außenumfang eines zu überwachenden Substrats. Um Infrarotstrahlung in elliptischer Brennpunktform zu sammeln, wird absichtlich die Aberration eines Linsensystems ausgenutzt. Eine längliche Brennpunktform kann durch ausgebildet werden, daß eine Coma-Aberration oder Verzerrung eines Linsensystems genutzt wird. Hierbei wird ein Konkavspiegel 34 mit längerer Brennweite in der X-Richtung als in der Y-Richtung angenommen. Eine elliptische Brennpunktform kann auf dem Außenumfang eines zu überwachenden Substrats 12 dadurch ausgebildet 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 die reflektierte Infrarotstrahlung einen Brennpunkt in der längeren Achse (X-Richtung) unterhalb des zu überwachenden Substrats aus, und kann ein Brennpunkt in der kürzeren Achse (Y-Richtung) auf dem Außenumfang des zu überwachenden Substrats ausgebildet werden (sh. Fig. 3B).

Die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet das letztgenannte Prinzip. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 eine reflektierende Platte 32 und den Konkavspiegel 34 auf, wodurch auf der reflektierenden Platte 32 reflektierte Infrarotstrahlung auf den Konkavspiegel 34 reflektiert wird, der in Bezug auf die Infrarotstrahlung verkippt ist. Derselbe Effekt kann auch anders erzielt werden. Als Vorrichtung zur Ausbildung einer elliptischen Brennpunktform kann jede geeignete Vorrichtung eingesetzt werden.

Die Brennpunktform der Infrarotstrahlung ist vorzugsweise elliptisch, kann jedoch auch kreisförmig sein. Die kreisförmige Brennpunktform ist in Bezug auf den Einfallswirkungsgrad geringfügig schlechter als eine elliptische Brennpunktform. Um eine kreisförmige Brennpunktform auszubilden, kann beispielsweise eine Konvexlinse verwendet werden.

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

Andere Beispiele für die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 werden im Zusammenhang mit einer fünften Ausführungsform erläutert, die später beschrieben wird.

(c) Anordnung des optischen Systems

Bei dem Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es wesentlich, Infrarotstrahlung an einem Punkt auf dem Außenumfang eines zu überwachenden Substrats 12 zu sammeln, die Infrarotstrahlung, die in das zu überwachende Substrat hineingelangt ist, dazu zu veranlassen, daß innere Mehrfachreflexionen auftreten, und erneut die Infrarotstrahlung zu sammeln, die an einem Punkt symmetrisch zum Einfallspunkt austritt, damit sie dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 zugeführt werden kann. Zu diesem Zweck ist es wesentlich, auf welche Weise die Infrarotstrahlung dazu veranlaßt wird, mit hohem Wirkungsgrad in das zu überwachende Substrat einzutreten.

Als nächstes werden die Bedingungen für die Mehrfachreflexion von Infrarotstrahlung im Inneren eines zu überwachenden Substrats und Bedingungen erläutert, die dazu dienen, Infrarotstrahlung zum Eintritt in das zu überwachende Substrat von außen her zu veranlassen.

Bei der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird Infrarotstrahlung dazu veranlaßt, daß bei ihr Mehrfachreflexionen im Inneren eines zu überwachenden Substrats auftreten, und werden Molekülschwingungen organischer Verunreinigungen oder chemischer Verunreinigungen detektiert, auf der Grundlage des Lichts, welches auf den Oberflächen des zu überwachenden Substrats austritt, um so die Oberflächenzustände des zu überwachenden Substrats zu überwachen. Daher ist es möglich, daß der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die in ein zu überwachendes Substrat eintritt, so eingestellt wird, daß bei der Infrarotstrahlung Mehrfachreflexionen im Inneren des zu überwachenden Substrats 12 auftreten.

Die Bedingungen dafür, daß bei Infrarotstrahlung eine perfekte Reflexion in einem zu überwachenden Substrat auftritt, werden durch Snell's Gesetz und die Energiereflexionsvermögen vorgegeben. Wenn das zu überwachende Substrat 12 ein Siliziumsubstrat ist, tritt bei Infrarotstrahlung eine perfekte Reflexion auf, wenn die Infrarotstrahlung Winkel von 0 bis 72° bildet (sh. Fig. 5). Die Spur der Infrarotstrahlung, die einen Winkel in diesem Bereich aufweist, wird zurückverfolgt, und der Schnittpunkt zwischen der Endoberfläche des zu überwachenden Siliziumsubstrats und der Infrarotstrahlung ist der Einfallspunkt der Infrarotstrahlung auf dem Siliziumsubstrat.

Die Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann vor Ort ein zu überwachendes Substrat 12 ohne Bearbeitung des Substrats 12 überwachen, und verwendet eine bearbeitete Form einer Endoberfläche des Substrats für den Einfall der Infrarotstrahlung.

Die Formen der Endoberflächen der Halbleitersubstrate werden von SEMI festgelegt (Semiconductor Equipment and Material International), und es wurden provisorisch Spezifikationen für Siliziumwafer von 300 mm festgelegt, die etwa um das Jahr 2001 herum eingesetzt werden.

Ein Siliziumwafer mit 300 mm entsprechend den SEMI-Standardspezifikationen ist so wie in Fig. 6 gezeigt ausgebildet. Ein Siliziumwafer von 300 mm weist daher die Form einer Scheibe mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Dicke von 775 µm auf, wobei die Ränder zwischen zwei Oberflächen und der Außenumfangsoberfläche abgeschrägt sind. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist bei der Endbearbeitungsform des Wafers ein Winkel von etwa 22° zwischen der Linie A-B und der Linie C-B vorhanden. Der nicht schraffierte Bereich ist der zulässige Bereich für die Bearbeitung der Form.

Beide Oberflächen des Siliziumwafers von 300 mm in der endbearbeiteten Form entsprechend den SEMI- Standardspezifikationen sind spiegelnd poliert, und der Wafer kann in unverändertem Zustand für Untersuchungsverfahren unter Verwendung innerer Mehrfachreflexionen von Infrarotstrahlung verwendet werden, für welche eine Glanzendbearbeitung beider Oberflächen erforderlich ist.

Als nächstes wird der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung auf der Grundlage eines Siliziumwafers von 300 mm erläutert.

Es wird angenommen, daß der Einfallswinkel von Infrarotstrahlung, die sich in dem Substrat ausbreitet, 70° beträgt, und die Spur der Infrarotstrahlung zurückverfolgt wird, um einen Einfallspunkt der Infrarotstrahlung an einem Schnittpunkt der Infrarotstrahlung und einer Endoberfläche (der Schrägabschnitt 14 zwischen B und C wird nachstehend als "Schrägteil" oder "Endteil" bezeichnet) des Siliziumsubstrats einzustellen, wie in Fig. 8 gezeigt ist, beträgt der Winkel, der durch das Schrägteil 14 und die Infrarotstrahlung gebildet wird, etwa 88°. Bei einer Rückberechnung des Winkels auf der Grundlage des Snell'schen Gesetzes mit einem Brechungsindex des Siliziumsubstrats von 3,42, einem Brechungsindex der Luft von 1,00, und einem Winkel zwischen der Normalen des Schrägteils 14 und der Infrarotstrahlung von 2°, so stellt sich heraus, daß die Infrarotstrahlung in einem Winkel von etwa 6,8° einfällt (etwa 74,8° in Bezug auf die ebenen Oberflächen des Substrats), in Bezug auf die Normale des Schrägteils 14, so daß bei der in das Siliziumsubstrat eintretenden Infrarotstrahlung Mehrfachreflexionen auftreten. Hierbei ist das Energiereflexionsvermögen am Eintrittspunkt so hoch wie etwa 29,42%, jedoch wird die Infrarotstrahlung mit einer Strahlungsmenge zugeführt, welche das hohe Reflexionsvermögen kompensiert. Ein Verfahren zur Einstellung eines Einfallswinkels, der zu einem niedrigen Energiereflexionsvermögen führt, wird später im Zusammenhang mit einer dritten Ausführungsform der Erfindung erläutert.

Daher kann der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die auf das Schrägteil 14 einfällt, durch Rückberechnung des Einfallswinkels festgelegt werden, auf der Grundlage der Winkel der Mehrfachreflexion in dem Substrat.

In Fällen von Halbleitersubstraten mit Ausnahme eines Siliziumsubstrats, und bei Formen der Endoberfläche, die sich von der voranstehend geschilderten Form unterscheiden, können die Einfallswinkel für die Infrarotstrahlung durch dieselbe Vorgehensweise eingestellt werden. Infrarotstrahlung kann auf das Schrägteil 14 der vorderen Oberfläche des Substrats oder auf das Schrägteil 14 der rückwärtigen Oberfläche des Substrats einfallen.

Eine Anordnung des optischen Systems für die Infrarotstrahlung wird nachstehend noch genauer im Zusammenhang mit der dritten Ausführungsform erläutert.

(d) Einfallswinkelsteuersystem

Das Einfallswinkelsteuersystem dient zum Kontrollieren des Einfallswinkels der Infrarotstrahlung, die auf ein zu überwachendes Substrat 12 einfällt, damit der Einfallswinkel einen vorbestimmten Wert aufweist.

Das Einfallswinkelsteuersystem weist im wesentlichen eine Einfallswinkelsteuerung 80 auf. Das Einfallswinkelsteuersystem steuert die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 durch einen Steuer/Untersuchungscomputer 60, der mit dieser über die Einfallswinkelsteuerung 80 verbunden ist, um hierdurch den Einfallswinkel der Infrarotstrahlung zu steuern, die auf ein zu überwachendes Substrat 12 einfällt. Die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 weist beispielsweise den Konkavspiegel 34 in Form eines variablen reflektierenden Spiegels auf, und der Positionswinkel des variablen reflektierenden Spiegels wird durch die Einfallswinkelsteuerung 80 geändert, wodurch die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 gesteuert wird.

Das Einfallswinkelsteuersystem kann grob unterteilt in zwei Betriebsarten eingesetzt werden.

In einer ersten Betriebsart wird der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die auf ein zu überwachendes Substrat 12 einfällt, auf einen vorbestimmten Wert gesetzt.

In dieser Betriebsart wird der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die auf das Schrägteil 14 des zu überwachenden Substrats einfällt, so eingestellt, daß der Winkel der Totalreflexion der Infrarotstrahlung in dem zu überwachenden Substrat 12 einen vorbestimmten Wert aufweist. Wenn sich der Reflexionswinkel der Infrarotstrahlung in dem zu überwachenden Substrat 12 ändert, ändert sich die Reflexionsfrequenz in dem zu überwachenden Substrat, und daher besteht die Gefahr, daß die Überwachungsempfindlichkeit usw. nicht gleichmäßig ist. Die Einstellung des Einfallswinkels der Infrarotstrahlung auf einen vorbestimmten Wert hat den Vorteil, daß Ungleichförmigkeiten der Überwachungsempfindlichkeit bei verschiedenen zu überwachenden Substraten unterdrückt werden können.

In einer zweiten Betriebsart wird der Einfallswinkel der auf ein zu überwachendes Substrat 12 einfallenden Infrarotstrahlung in einem vorbestimmten Bereich abgetastet (es wird ein scan durchgeführt). Diese Betriebsart und deren Vorteile werden nachstehend genauer erläutert.

Bei der voranstehend geschilderten Betriebsart in Bezug auf die Positionierung des Infrarotstrahlungsoptiksystems wird der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die auf ein zu überwachendes Substrat 12 einfällt, auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, so daß bei der Infrarotstrahlung, die auf das Schrägteil 14 des zu überwachenden Substrats 12 einfällt, Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat auftreten, um Oberflächenzustände zu sondieren, und die Strahlung an dem Ende entgegengesetzt zum Einfallsteil austritt.

Wenn jedoch der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung konstant gewählt wird, so fällt, wie in Fig. 9 gezeigt, die Infrarotstrahlung auf den Bereich "a" ein, jedoch nicht auf den Bereich "b". Die Infrarotstrahlung, die nach Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat 12 detektiert wird, enthält Information in Bezug auf den Bereich "a", jedoch keine Information in Bezug auf den Bereich "b". Für eine höhere Überwachungsempfindlichkeit ist es jedoch vorzuziehen, daß auch Information in Bezug auf Bereiche wie den Bereich "b" überwacht wird.

In der zweiten Betriebsart fällt die von der Infrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandte Infrarotstrahlung auf ein zu überwachendes Substrat 12 ein, während die Einfallswinkels der Infrarotstrahlung durch die Einfallswinkelsteuerung 80 abgetastet werden, wodurch eine hohe Überwachungsempfindlichkeit erzielt werden kann. Diese Anordnung des Einfallswinkelsteuersystems ermöglicht es, wie in Fig. 10 erläutert ist, daß Infrarotstrahlung 1, die in einem Einfallswinkel θ1 einfällt, eine Totalreflexion auf der rückwärtigen Oberfläche des zu überwachenden Substrats 12 erfährt, und in den Bereich "a1" an der vorderen Oberfläche hineingelangt. Infrarotstrahlung 2, die in einem Einfallswinkel θ2 einfällt, der von dem Einfallswinkel θ1 verschieden ist, erfährt eine Totalreflexion an der Rückseite des zu überwachenden Substrats 12, und gelangt in den Bereich "a2" auf der vorderen Oberfläche. Daher wird der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung kontinuierlich geändert, wodurch der Totalreflexionsbereich in einem optischen Pfad der Infrarotstrahlung kontinuierlich ausgebildet wird. Daher können die Oberflächenzustände des zu überwachenden Substrats in dem optischen Pfad mit hoher Empfindlichkeit untersucht werden.

Der Abtastbereich der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung wird wie nachstehend erläutert eingestellt. Allerdings wird vorzugsweise der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung entsprechend der Empfindlichkeit und den Eigenschaften ausgewählt, die für die Überwachung erforderlich sind.

Wenn beispielsweise Einfallswinkel unter Berücksichtigung der Tatsache eingestellt werden, daß die Überwachung unter Bedingungen stattfindet, bei welchen die Infrarotstrahlung Totalreflexion in einem zu überwachenden Substrat 12 erfährt, wird der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung kontinuierlich geändert, so daß ein Winkel α, der durch eine ebene Oberfläche des zu überwachenden Substrats 12 und die Infrarotstrahlung in dem zu überwachenden Substrat gebildet wird, folgendermaßen eingestellt wird.



Kritischer Winkel ≥ α ≥ 0.

Der kritische Winkel für die Totalreflexion bei Silizium beträgt etwa 72°.

Falls wie bei der dritten Ausführungsform, die später noch genauer erläutert wird, der Einfallswinkel so eingestellt wird, daß das Energiereflexionsvermögen der Infrarotstrahlung beim Einfall auf ein zu überwachendes Substrat 12 beispielsweise unterhalb von 2% liegt, so wird der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung so gesteuert, daß der Winkel, der durch eine ebene Oberfläche des zu überwachenden Substrats 12 und die Infrarotstrahlung in dem zu überwachenden Substrat gebildet wird, 46° bis 56° beträgt, so daß der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung auf das Schrägteil 14 des zu überwachenden Substrats 12 68° bis 78° beträgt (vgl. Tabelle 2).

Die Vorteile der zweiten Betriebsart können, zusätzlich zu jenem Fall, in welchem Einfallswinkel in einem vorbestimmten Bereich abgetastet werden, in jenem Fall erzielt werden, in welchem der Einfallswinkel kontinuierlich nur in einer Richtung geändert wird, und ebenfalls in jenem Fall, in welchem der Einfallswinkel intermittierend geändert wird.

Wenn der Einfallswinkel durch die Lichtquellenpositionseinstellvorrichtung 22 gesteuert werden kann, dann sind die Substrathalterungssteuervorrichtung 16 oder andere Teile des Einfallswinkelsteuersystems zum Steuern der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 nicht unbedingt erforderlich. Ein derartiges Steuersystem weist daher dieselben Eigenschaften auf wie die Einfallswinkelsteuerung 80, wodurch dieselben Vorteile erzielt werden können, die durch Bereitstellung der Einfallswinkelsteuerung 80 hervorgerufen werden.

(e) Substrathalterung 10

Wenn ein zu überwachendes Substrat 12 transportiert und auf die Substrathalterung 10 aufgesetzt wird, ist das zu überwachende Substrat 12 nicht immer korrekt positioniert. Daher ist eine Substrathalterungssteuervorrichtung 16 zur Feineinstellung der Substrathalterung in den Richtungen X, Y und Z an die Substrathalterung 10 angeschlossen. Die Feineinstellung in den Richtungen X, Y und Z dient zur Ausrichtung der optischen Achse, so daß eine maximale Lichtmenge der Infrarotstrahlung dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 zugeführt wird.

Der optimale Punkt für die Feineinstellung der Substrathalterung 10 mit einem darauf angebrachten, zu überwachenden Substrat 12 in den Richtungen X, Y und Z wird auf der Grundlage eines Punktes beurteilt, an welche die maximale Lichtmenge der Infrarotstrahlung detektiert wird, welche Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat erfahren hat, so daß eine automatische Positionierung erfolgen kann. Die Positionierung wird von dem Steuer/Untersuchungscomputer 60 durchgeführt, der über die Substrathalterungssteuervorrichtung 16 an die Substrathalterung 10 angeschlossen ist.

Die Substrathalterung 10 weist einen Drehmechanismus auf, und kann ein zu überwachendes Substrat 12 über den Steuer/Untersuchungscomputer 60 mit Hilfe der Substrathalterungssteuervorrichtung 16 drehen. Das zu überwachende Substrat 12 wird gedreht, so daß organische Verunreinigungen und chemische Verunreinigungen praktisch über die gesamte Oberfläche des Substrats detektiert werden können.

(f) Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40

Die Infrarotstrahlung, die auf ein zu überwachendes Substrat einfällt, tritt an einem Ort symmetrisch zum Einfallspunkt aus. Dann sammelt die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 die Infrarotstrahlung, die das zu überwachende Substrat 12 verläßt, und führt die Infrarotstrahlung dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 zu.

Wie aus Fig. 1 deutlich wird, weist die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 beispielsweise einen Konkavspiegel 42 und einen reflektierenden Spiegel 44 auf. Die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 mit diesem Aufbau kann die Infrarotstrahlung, welche das zu überwachende Substrat 12 verläßt, durch den Konkavspiegel 42 sammeln, und sie über den reflektierenden Spiegel 44 dem Infrarotstrahlungsdetektor zuführen.

Statt des Konkavspiegels 44 kann eine Konvexlinse verwendet werden.

Andere Beispiele für den Aufbau der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 werden im Zusammenhang mit später noch genauer erläuterten sechsten und achten Ausführungsformen beschrieben.

(g) Infrarotstrahlungsdetektor 50 und Spektrometer 52

Die Infrarotstrahlung, die ein zu überwachendes Substrat 12 verlassen hat, wird von der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 gesammelt, und über das Spektrometer 52 dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 zugeführt.

Das Spektrometer 52 ist beispielsweise eine FT-IR-Einrichtung, bei welcher mit der Infrarotstrahlung eine spektrale Zerlegung durchgeführt wird, mit Hilfe von Fouriertransformations-Spektroskopie mit einem Doppelstrahlinterferometer (Michelson-Interferometer). Der Infrarotstrahlungsdetektor 50 ist beispielsweise ein Detektor einer FT-IR-Einrichtung, und kann beispielsweise aus einem Stickstoff-gekühlten Infrarotstrahlungsdetektor bestehen, beispielsweise aus InSb.

Wie voranstehend bei der Erläuterung des Grundprinzips erläutert wurde, nämlich daß Infrarotstrahlung auf ein zu überwachendes Substrat 12 einfällt, und im Inneren des Substrats Mehrfachreflexionen erfährt, um hierdurch die Substratoberflächen zu überwachen, tritt bei Frequenzkomponenten gedämpfter Wellen, die austreten, wenn bei auf den Substratoberflächen reflektiertem Licht eine Resonanzabsorption auf, bei einer Übereinstimmung mit Molekülschwingungsfrequenzen organischer Verunreinigungen der Substratoberflächen, und werden diese Infrarotstrahlungsabsorptionsspektren gemessen, wodurch die Arten und Mengen der organischen Verunreinigungen bestimmt werden können.

Als Spektrometer 52 kann ein Infrarotstrahlungsspektroskop, welches ein Beugungsgitter verwendet, statt der FT-IR-Einrichtung verwendet werden.

(h) Steuer/Untersuchungscomputer 60 und Anzeigevorrichtung 70

Meßdaten von Spektren, die von dem Spektrometer 52 stammen, werden dem Steuer/Untersuchungscomputer 60 zugeführt, und der Steuer/Untersuchungscomputer 60 identifiziert organische Verunreinigungen, und berechnet deren Mengen.

Arten organischer Verunreinigungen und Kalibrierkurven sind als getrennte Datenbanken in Speichern des Steuer/Untersuchungscomputers 60 gespeichert. Überwachte Daten werden in Bezug auf diese Daten quantisiert.

Die so erhaltenen Versuchsergebnisse können auf der Anzeigevorrichtung 70 dargestellt werden.

(2) Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren

Das Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 und die Fig. 11 bis 15 erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Fig. 11 ist ein Diagramm von Mehrfachreflexionsspektren im Inneren eines Wafers von 30 mm. Fig. 12 ist ein Diagramm von Absorptionsspektren, die infolge der inneren Mehrfachreflexion entstehen. Fig. 13 zeigt die Beziehungen zwischen dem Absorptionsvermögen und den vorhandenen Mengen an Verunreinigungen. Fig. 15 zeigt die Beziehungen zwischen dem Absorptionsvermögen und den Zeiten der inneren Mehrfachreflexion.

(a) Überwachungsverfahren mit eingestelltem Einfallswinkel der Infrarotstrahlung

Zuerst wird die Infrarotstrahlungsquelle 20 an einer erforderlichen Position durch den Steuer/Untersuchungscomputer 60 über die Lichtquellenpositionseinstellvorrichtung 22 angeordnet, und wird Infrarotstrahlung ausgesandt. Ausgesandte Infrarotstrahlung wird durch die rückwärtige Reflexionsplatte 20 und die vordere Reflexionsplatte 28 in im wesentlichen parallele Strahlen umgewandelt, so daß sie auf die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 einfällt.

Infrarotstrahlung, die auf die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 einfällt, wird auf der Reflexionsplatte 32 reflektiert, und darüber hinaus auf dem Konkavspiegel 34, der in Bezug auf die optische Achse verkippt ist, so daß sie dann an den Aussenumfang eines zu überwachenden Substrats 12 mit einem elliptischen Brennpunkt angelegt wird. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Position des zu überwachenden Substrats 12 und der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung eingestellt, durch die Substrathalterungsteuervorrichtung 16 bzw. die Einfallwinkelsteuerungsvorrichtung 80, so daß die gesammelte Infrarotstrahlung auf das Schrägteil 14 des zu überwachenden Substrats im erforderlichen Winkel einfällt, und die Lichtmenge maximal ist, die von dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 nach der Mehrfachreflexion in dem zu überwachende Substrat detektiert wird.

Infrarotstrahlung, die in das zu überwachende Substrat 12 über das Schrägteil 14 des zu beachtenden Substrats 12 eingeführt wird, wiederholt die inneren Mehrfachreflexionen, während sie die Oberflächen des zu überwachenden Substrats abtastet, und entsprechende Verunreinigungsinformation ansammelt, und tritt an einem Ort symmetrisch zum Einfallsort der Infrarotstrahlung wieder aus.

Die Infrarotstrahlung, die das zu überwachende Substrat 12 verlassen hat, wird dann von der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 gesammelt, und dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 über das Spektrometer 52 zugeführt. Fig. 11 zeigt ein Beispiel für Spektren der inneren Mehrfachreflexion, die von dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 gemessen wurde.

Die Infrarotstrahlung, die das zu überwachende Substrat 12 verlassen hat, wird durch das Spektrometer 52 gebeugt und von dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 nachgewiesen. Die Infrarotstrahlung wird als Absorptionsspektren entsprechend den jeweiligen Frequenzen mit Hilfe der Fourier- Transformations-Spektroskopie dargestellt.

In Speichern des Steuer/Untersuchungscomputers 60 sind Arten organischer Verunreinigungen und Kalibrierkurven als getrennte Datenbanken gespeichert. Die Spektren werden unter Bezugnahme auf diese Daten untersucht, um die Arten und Mengen organischer Verunreinigungen zu identifizieren.

Fig. 12 zeigt Absorptionsspektren, die bei einem Siliziumwafer von 300 mm gemessen wurden, wobei Ethanol auf die Oberflächen aufgetropft wurde. Die Absorptionsspektren sind Differenzen der inneren Mehrfachreflexion zwischen Spektren in einem Fall, in welchem die Oberflächen des Substrats keine Verunreinigungen aufweisen, und Spektren in einem Fall, in welchem die Oberflächen des Substrats verunreinigt sind.

Wie gezeigt werden Peaks (Spitzenwerte) in bestimmten Frequenzbändern detektiert. Auf der Grundlage der Positionen der Peaks können diese so identifiziert werden, daß sie einer O-H-Streckschwingung und einer C-H-Streckschwingung entsprechen. Vorher werden Kalibrierkurven gemessen, die das Absorptionsvermögen und die Mengen an Verunreinigungen festlegen, so daß die Menge der organischen Verunreinigungen auf der Grundlage der Peak-Intensitäten der Absorption festgestellt werden kann.

Ausgangssignale des Infrarotstrahlungsdetektors 50 werden von dem Steuer/Untersuchungscomputer untersucht, und das Ergebnis der Untersuchungen wird auf der Anzeigevorrichtung 70 dargestellt.

Auf diese Weise wird der Oberflächenzustand eines Substrats überwacht.

Falls erforderlich wird dieselbe Messung wie voranstehend geschildert wiederholt, nachdem das zu überwachende Substrat 12 durch die Substrathalterung 10 gedreht wurde, um so Oberflächenzustände im wesentlichen über sämtliche Oberflächen zu überwachen. Bei üblichen Siliziumwafern ist der kreisförmige Aussenumfang zum Teil gerade abgeschnitten, jedoch weist ein Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 300 mm entsprechend den SEMI-Standardspezifikationen nur eine geringfügige Ausnehmung in Form einer Kerbe auf, die in der Oberfläche des Aussenumfangs vorgesehen ist, so daß keine Schwierigkeiten beim Drehen des Siliziumwafers mit einem Durchmesser von 300 mm auftreten, in Bezug auf den Eintritt und Austritt der Infrarotstrahlung in das Schrägteil 14 bzw. aus diesem.

(b) Überwachungsverfahren mit Abtastung der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung

Die grundlegende Überwachungsschritte sind ebenso wie in jenem Falle, in welchem die Einfallswinkel der Infrarotstrahlung eingestellt werden.

Bei der Abtastung von Einfallswinkeln der Infrarotstrahlung, beispielsweise wenn die Drehung des Konkavspiegels 34 durch die Einfallswinkelsteuerung 80 gesteuert wird, wird gleichzeitig hiermit ein Signal entsprechend dem Einfallswinkel von der Einfallswinkelsteuerung 80 ausgegeben, und wird in Reaktion auf dieses Signal der Infrarotstrahlungsdetektor 50 über den Steuer/Untersuchungscomputer 60 betrieben.

Zuerst fällt von der Infrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandte Infrarotstrahlung auf ein zu überwachendes Substrat 12 in einen ersten Winkel ein, der durch Drehung des Konkavspiegels 34 gebildet wird, gesteuert durch die Einfallswinkelsteuerung 80. Gleichzeitig hiermit wird der Infrarotstrahlungsdetektor 50 so betrieben, daß er die Infrarotstrahlung detektiert, die bei dem ersten Einfallswinkel einfiel, und die Untersuchung durchführte, und wird die Oberflächenuntersuchung des zu überwachenden Substrats 12 durchgeführt.

Dann fällt Infrarotstrahlung auf das zu überwachende Substrat 12 in einem zweiten Winkel ein, der durch Drehung des Konkavspiegels 34 gebildet wird, gesteuert durch die Einfallswinkelsteuerung 80, und gleichzeitig hiermit wird der Infrarotstrahlungsdetektor 50 betrieben, so daß er die Oberflächenuntersuchung des zu überwachenden Substrats durchführt, auf der Grundlage der im zweiten Einfallswinkel einfallenden Infrarotstrahlung.

Die Einfallswinkel der Infrarotstrahlung werden daher kontinuierlich so gesteuert, daß sie in dem voranstehend geschilderten Bereich liegen, wodurch die Oberflächenzustände des zu überwachenden Substrats 12 entlang den optischen Wege der Infrarotstrahlung untersucht werden können. Daher können subtile Oberflächenzustände mit hoher Empfindlichkeit untersucht oder beobachtet werden.

(c) Beziehung zwischen Reflexionszeit und Messempfindlichkeit

Wie voranstehend geschildert, können bei dem Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung Substrate mit großem Durchmesser, beispielsweise Siliziumwafer mit 300 mm entsprechend den SEMI-Standardspezifikationen in situ überwacht werden. Der Einsatz eines derartigen Überwachungsverfahrens kann zu einer drastisch verbesserten Messempfindlichkeit führen. Als nächstes wird die Beziehung zwischen dem Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform und der Messempfindlichkeit erläutert.

Das Meßverfahren zur Überwachung organischer Verunreinigungen durch innere Mehrfachreflexion nach dem FT-IR-Verfahren nutzt die Tatsache aus, daß organische Verunreinigungen Infrarotstrahlung bei spezifischen Wellenlängen absorbieren. Es wurde bestätigt, daß das Ausmaß der Infrarotstrahlungsabsorption und die Menge vorhandener organischer Verunreinigungen im wesentlichen proportional sind.

Fig. 13 zeigt Infrarotstrahlungsabsorptionsspektren, welche die Beziehungen zwischen Infrarotstrahlungsabsorptionsbeträgen (Absorptionsvermögen) und vorhandenen Mengen (Kohlenstoffrestmengen) auf einer Probe zeigen, die ein Siliziumwafer von 300 mm ist, wobei DOP, verdünnt mit Ethanol, auf sämtliche Oberflächen aufgebracht wurde. Die vorhandenen Mengen sind vorhandene Mengen pro Einheitsfläche, auf der Grundlage eines Verdünnungsverhältnisses und einer Waferfläche. Die Bedingungen zur Messung der inneren Mehrfachreflexion mit FT-IR waren ein Infrarotstrahlungseinfallswinkel von 30°, eine Abschrägung von 22° des Schrägteils des Wafers, und ein inneren Reflexionswinkel von 32° in Bezug auf die Richtung der Normalen der Substratoberflächen.

Wie aus Fig. 13 hervorgeht, stellt sich heraus, daß mit zunehmender Menge an restlichem Kohlenstoff das Absorptionsvermögen zunimmt. Die Beziehung zwischen dem Absorptionsvermögen und die Menge an dem restlichen Kohlenstoff in Fig. 13 ist in dem Diagramm von Fig. 14 aufgetragen. Die Absorptionsvermögen sind daher im wesentlichen proportional zur logarithmischen Achse der Menge an restlichem Kohlenstoff.

Weiterhin wird die Zeit der Mehrfachreflexion der Infrarotstrahlung in einem Wafer folgendermaßen ausgedrückt:



n = d/(t×tanθ)



wobei der Durchmesser des Wafers mit d bezeichnet ist, die Dicke des Wafers mit t und der Reflexionswinkel der Infrarotstrahlung in Bezug auf die Normalen richtung der Substratoberfläche durch θ. Unter den voranstehend angegebenen Bedingungen wird Infrarotstrahlung, die sich in einem Wafer mit einer Dicke von 775 µm und einem Durchmesser von 30 mm in Richtung des Durchmessers ausbreitet, etwa 620 mal in dem Wafer reflektiert. Es ergibt sich einfach, daß das Absorptionsvermögen proportional zur Reflexionszeit ist, und daß die Beziehung zwischen der Reflexionszeit und dem Absorptionsvermögen durch eine gerade Linie dargestellt wird, die durch den Ursprung geht, und daß die Steigung der geraden Linie zunimmt, wenn die vorhandene Menge an restlichem Kohlenstoff zunimmt.

Die Absorptionsvermögen und die Reflexionszeiten der Infrarotstrahlung gemäß Fig. 14 sind in dem Diagramm von Fig. 15 aufgetragen.

In Fig. 15 ist die Menge an restlichem Kohlenstoff ein Parameter, ergeben sich die Werte des Parameters aus dem Diagramm von Fig. 14. Absorptionsvermögen für Konzentrationen unterhalb von 1013 cm-2 wurden durch Extrapolation auf der Grundlage des Diagramms von Fig. 14 erhalten.

Unter Berücksichtigung des herkömmlichen Überwachungsverfahrens, bei welchem wie in Fig. 41B gezeigt, in Infrarotprisma eingesetzt wird, wobei das Prisma eine Länge von 4 cm aufweist, eine Dicke von 0,5 mm, und einen inneren Reflexionswinkel von 32° in Bezug auf die Normalenrichtung der Substratoberflächen, so ergibt sich, daß etwa 128fach eine innere Reflexion stattfindet, auf der Grundlage des voranstehend angegebenen Ausdrucks.

Das Absorptionsvermögen von 1013 Atome/cm2 beträgt daher etwa 0,0004 bei dem Überwachungsverfahren unter Verwendung des Infrarotprismas und beträgt etwa 0,00185 bei dem Überwachungsverfahren unter Verwendung des Wafers ist 300 mm. Selbst bei derselben vorhandenen Menge kann daher das Überwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform zur Überwachung eines Wafers von 300 mm eine 4 bis 5fache Signalintensität zur Verfügung stellen.

Der untere Grenzwert für die Verunreinigungsmenge, der detektiert werden kann, wird durch das minimale Absorptionsvermögen bestimmt, welches von der FT-IR-Einrichtung identifiziert werden kann, die bei der Überwachung eingesetzt wird. Es wurde bestätigt, daß die von den Erfindern benutzte FT-IR-Einrichtung Absorptionsvermögen bis herunter auf etwa 0,0001 identifizieren kann. Wenn dieser Wert als unterer Grenzwert für die Empfindlichkeit genommen wird, so stellt eine vorhandene Menge von etwa 1012 Atomen/cm2 einen feststellbaren unteren Grenzwert für das Überwachungsverfahren dar, welches das Infrarotprisma verwendet. Bei dem Überwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine vorhandene Menge an 1010 Atomen/cm2 der feststellbare untere Grenzwert. Das Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch die Messempfindlichkeit um 1 bis 2 Größenordnungen im Vergleich mit dem herkömmlichen Meßverfahren verbessern, welches ein Infrarotprisma verwendet.

Bei den vorliegenden Ausführungsformen wird berücksichtigt, daß die Menge an vorhandenem Kohlenstoff, die in Bezug auf die Eigenschaften bei der Herstellung eines Halbleitergeräts beachtlich ist, etwa 1012 Atome/cm2 beträgt. Daher sollte vorzugsweise ein Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren zur Überwachung von Oberflächenzuständen eines Substrats eine Meßempfindlichkeit von unterhalb von 1011 Atomen/cm2 aufweisen, was eine ausreichende Sicherheit gibt. Wird das Ergebnis von Fig. 15 unter diesem Gesichtspunkt betrachtet, so ist es vorzuziehen, daß als zu überwachendes Substrat ein Substrat verwendet wird, bei welchem die Infrarotstrahlung eine mehr als 300fache innere Mehrfachreflexion erfährt.

Das Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform, bei welchem 620fache Reflexionen bei einem inneren Reflexionswinkel von 32° erzielt werden können, ist daher äußerst wirksam als Überwachungsvorrichtung für die in situ Überwachung von Oberflächenzuständen am Ort der Herstellung eines Halbleitergeräts.

Wie voranstehend geschildert fällt gemäß der vorliegenden Ausführungsform Infrarotstrahlung auf das Schrägteil 14 der Endoberfläche eines zu überwachenden Substrats 12 ein, und werden Oberflächenzustände des Substrats auf der Grundlage der inneren Mehrfachreflexion der Infrarotstrahlung überwacht, die durch das Schrägteil 14 hineingelangt ist. Um Infrarotstrahlung in ein zu überwachendes Substrat 12 einzuführen ist es nicht erforderlich, mit dem Substrat eine zusätzliche Bearbeitung vorzunehmen, beispielsweise chemische Ätzung, oder die Endoberfläche zu bearbeiten, noch die Infrarotstrahlung in das Substrat über ein Prisma einzuführen. Die Einrichtung und das Verfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind daher bei der in situ Überwachung am Ort der Herstellung von Halbleitergeräten geeignet.

Der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die auf ein zu überwachendes Substrat 12 einfällt, wird kontinuierlich geändert, um Oberflächenzustände des zu überwachenden Substrats zu überwachen, wodurch die Oberflächen des zu überwachenden Substrats entlang dem optischen Weg der Infrarotstrahlung kontinuierlich untersucht werden können. Subtile Oberflächenzustände können mit hoher Empfindlichkeit untersucht und beobachtet werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das zu überwachende Substrat 12 ein Siliziumsubstrat, muß jedoch nicht umbedingt ein Siliziumsubstrat sein. Die vorliegende Ausführungsform läßt sich beispielsweise bei Germaniumsubstraten und Verbundsubstraten einsetzen, etwa aus GaAs, usw. Die vorliegende Ausführungsform ist ohne Einschränkungen bei Halbleitersubstraten einsetzbar, und läßt sich auf der Grundlage desselben Prinzips bei Glassubstraten einsetzen, welche Flüssigkristallanzeigegeräte ausbilden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein zu überwachendes Substrat 12 beispielsweise horizontal gehaltert, jedoch kann es auch vertikal oder schräg gehaltert werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform fällt Infrarotstrahlung auf das obere Schrägteil 14 eines zu überwachenden Substrats 12 ein, welches horizontal gehaltert wird, um die Anordnung des Infrarotstrahlungsanlegungsoptiksystems zu erleichtern. Allerdings kann die Infrarotstrahlung auch auf das untere Schrägteil 14 einfallen, und kann die Infrarotstrahlung dazu veranlaßt werden, auch an dem unteren Schrägteil 14 wieder auszutreten.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das optische System für die Infrarotstrahlung fest, und wird das zu überwachende Substrat 12 durch den Drehmechanismus des Substrathalterung 10 gedreht, um so die Ausbildung der Einrichtung zu erleichtern. Allerdings kann das optische System für die Infrarotstrahlung auch durch den Drehmechanismus um das feste, zu überwachende Substrat 12 herum gedreht werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform fällt Infrarotstrahlung auf das Schrägteil 14 in einer Ebene vertikal zu den Oberflächen eines zu überwachenden Substrats 12 ein, jedoch kann die Infrarotstrahlung auf das Schrägteil 14 in einer Ebene einfallen, die schräg in Bezug auf die Substratoberflächen verläuft. Bei der vorliegenden Ausführungsform trifft die Infrarotstrahlung auf das Schrägteil 14 in einer Ebene auf, die durch das Zentrum eines zu überwachenden Substrats 12 hindurchgeht, jedoch kann Infrarotstrahlung auch auf das Schrägteil 14 in einer Ebene auftreffen, die nicht durch das Zentrum eines zu überwachenden Substrats 12 hindurchgeht.

Um jedoch den Aufbau der Einrichtung einfach auszubilden, und die gesamten Substratoberflächen mit maximaler Auflösungskraft zu detektieren, ist es vorzuziehen, die Infrarotstrahlung auf das Schrägteil 14 in einer Ebene aufzubringen, die durch das Zentrum des zu überwachenden Substrats hindurchgeht, welches vertikal angeordnet ist, wie bei dem Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.

[Zweite Ausführungsform]

Unter Bezugnahme auf Fig. 16 werden ein Verfahren und eine Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden dieselben Bezugszeichen wie bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet, um die Beschreibung zu erleichtern und zu vereinfachen.

(1) Allgemeiner Aufbau der Einrichtung

Das Verfahren und die Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten Ausführungsform sind in der Hinsicht äußerst vorteilhaft, daß dann, wenn die Art der molekularen Verunreinigungen auf den Oberflächen eines zu überwachenden Substrats unbekannt ist, eine vollständige Echtzeitfeststellung des Vorhandenseins bzw. der Abwesenheit von Verunreinigungen sowie die Identifizierung der Molekülsorte der Verunreinigungen kontinuierlich und zerstörungsfrei durchgeführt werden können, ohne daß von dem zu überwachenden Substrat etwas abgeschnitten werden muß. Falls jedoch die Art der Verunreinigung vorher bekannt ist, und allein das Vorhandensein bzw. die Abwesenheit der spezifischen Molekülsorte detektiert wird, um kostengünstig zu beurteilen, ob das zu überwachende Substrat gut ist oder nicht, und berücksichtigt man weiter, daß ein Fourier-Transformations- Spektrometer üblicherweise teuer ist, so stellt sich heraus, daß das Verfahren und die Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten Ausführungsform nicht immer die geeignetsten Maßnahmen darstellen.

Daher wird bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem Fall, in welchem die Verunreinigungssorte vorher bekannt ist, nur das Vorhandensein bzw. die Anwesenheit der Verunreinigung kostengünstig festgestellt, um zu ermitteln, ob das zu überwachende Substrat gut ist oder nicht.

Wie aus Fig. 16 hervorgeht, ist die Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform grundsätzlich ebenso aufgebaut wie jene gemäß der ersten Ausführungsform. Der wesentliche Unterschied der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform gegenüber jener der ersten Ausführungsform besteht darin, daß das optische System für die Infrarotstrahlung so ausgebildet ist, daß der Infrarotstrahlungsdetektor 50 selektiv Infrarotstrahlung von Wellenlängen detektieren kann, welche Absorptionsspektren von Molekülarten entsprechen (organische Verunreinigung, beispielsweise DOP (Dioctylphthalat), DMP (Dibutylphthalat) 1 etc.), und der Steuer/Untersuchungscomputer 60 für die Untersuchung auf der Grundlage von Ausgangssignalen vom Infrarotstrahlungsdetektor 50 beurteilt, ob ein zu überwachendes Substrat gut ist oder nicht, auf der Grundlage der Leistungspegel der Ausgangssignale von dem Infrarotstrahlungsdetektor 50.

Atome, die ein Molekül bilden, sind miteinander über kovalente Bindungen verbunden. Im allgemeinen weist ein mehratomiges Molekül, welches drei oder mehr Atome enthält, komplizierte Schwingungen auf. Die Schwingungen können in verschiedene Grundschwingungsgruppen unterteilt werden. Eine Gruppenschwingung ist jene einer spezifischen Atomgruppe (funktionelle Gruppe), beispielsweise Querschwingung, symmetrische Streckschwingung und antisymmetrische Streckschwingung der CH2-Gruppe; C=O-Streckschwingung der Carbonylgruppe; und Streckschwingung der OH-Gruppe. Übliche organische Moleküle weisen Frequenzen im Infrarotbereich auf. Die Tabellen 1-1 bis 1-4 zeigen Infrarotabsorptionsbeigenschaften typischer Funktioneller Gruppen (Referenz: Mitsuaki Mukohyama, "Kiso Yukikagaku", Marzuen). Tabelle 1-1 X-H-Streckschwingung



X=Y-Streckschwingung Molekülsorte Infrarotstrahlungs- Absorptionseigenschaft [cm-1] >C= = 1850-1650 >C=C< 1680-1600 -N=O 1650-1500 >C=NR 1690-1640 -N=N- 1630-1575 Ar- 1600-1450
X=Y-Streckschwingung Molekülsorte Infrarotstrahlungs- Absorptionseigenschaft [cm-1] -C~N 2260-2240 RC~CH 2140-2100 RC~CR' 2660-2190
Tabelle 1-4 X-H-Verformungsschwingung



Wenn daher Infrarotstrahlung mit einem Wellenlängenbereich entsprechend Frequenzkomponenten der organischen Moleküle angelegt wird, tritt eine Resonanzabsorption der Infrarotstrahlung mit derselben Frequenz wie den Eigenfrequenzen der Molekülsorte auf. Auf der Grundlage der Resonanzabsorptionsspektren können die überwachten Moleküle identifiziert werden. Ihre Mengen können auf der Grundlage der Intensitäten der Resonanzabsorptionsspektren bestimmt werden. Dies ist das Grundprinzip des Verfahrens und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten Ausführungsform.

Wenn im Gegensatz hierzu eine zu detektierende Verunreinigung bekannt ist, und die optische Wellenlänge, bei welcher ein Resonanzabsorptionsspektrum der Verunreinigung auftritt, bereits auf der Grundlage von Fourier-Transformations- Spektroskopiedaten bekannt ist, läßt man Infrarotstrahlung mit einem Resonanzabsorptionswellenlängenbereich der zu detektierenden Verunreinigung auf ein zu überwachendes Substrat 12 einfallen, wodurch die Menge der Verunreinigung bestimmt werden kann. Die Menge der Verunreinigung kann ebenfalls dadurch bestimmt werden, daß selektiv Infrarotstrahlung mit einem bestimmten Wellenlängenbereich detektiert wird.

Wenn daher Infrarotstrahlung mit einem bestimmten Wellenlängenbereich eingesetzt wird, so läßt sich annehmen, daß die Abschwächung der Infrarotstrahlung in Folge von Resonanzabsorption, die auftritt, wenn bei der Infrarotstrahlung Mehrfachreflexionen in einem zu überwachenden Substrat 12 auftreten, im wesentlichen in Folge zu detektierender Verunreinigungen geschieht. Die Intensität der Infrarotstrahlung, die von einem Substrat durchgelassen wird, welches keine molekularen Verunreinigungen aufweist (Bezugsintensität) wird vorher gemessen, und die Pegeldifferenz zwischen der Intensität der Infrarotstrahlung, die von einem zu überwachenden Substrat 12 durchgelasen wird (gemessene Intensität) und der Bezugsintensität wird erhalten, wodurch das Ausmaß der Resonanzabsorption der Infrarotstrahlung infolge einer zu detektierenden Verunreinigung bestimmt werden kann, also die Menge an Verunreinigung.

Der Steuer/Untersuchungscomputer 60 vergleicht dann eine so bestimmte Pegeldifferenz mit einem Bezugspegel (Beurteilungspegel) entsprechend einer vorbestimmten Menge an molekularer Verunreinigung, wodurch beurteilt werden kann, ob das zu überwachende Substrat 12 gut ist oder nicht. Bei dieser Berechnung wird der Differenzpegel in elektrische Signale umgewandelt.

Dieses Meßsystem verwendet keine Fourier-Transformations- Spektroskopie, sondern vergleicht, um das angestrebte Ziel zu erreichen, einfach den Leistungspegel von Ausgangssignalen von dem Infrarotstrahlungsdetektor 50, ohne daß es erforderlich ist, ein Fourier-Transformations-Spektroskop einzusetzen, welches teuer ist.

Wie bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten Ausführungsform können organische Verunreinigungen und chemische Verunreinigungen auf einem zu überwachenden Substrat 12 vor Ort detektiert und überwacht werden, ohne daß mit dem zu überwachenden Substrat 12 zusätzlich eine chemische Ätzung, Bearbeitung der Endoberflächen und dergleichen durchgeführt werden muß, oder Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat 12 in ein Prisma eingeführt werden muß, welches sich oberhalb dieses Substrats befindet.

Nunmehr werden charakteristische Bauteile der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform näher erläutert. Die Bauteile der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Ausnahme jener, die nachstehend beschrieben werden, sind ebenso ausgebildet wie jene der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Die Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auch so ausgebildet sein, daß wahlweise die Bauteile einer dritten bis achten Ausführungsform kombiniert werden, die nachstehend noch beschrieben werden.

(a) Infrarotstrahlungsquelle 20

Die Infrarotstrahlungsquelle 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Lichtquelle 24, welche selektiv Infrarotstrahlung in einem Resonanzabsorptionswellenlängenbereich aussendet (Wellenlängenbereich entsprechend der Molekülfrequenz), nämlich einer zu detektierenden Verunreinigung.

Eine Lichtquelle 24, deren Wellenlänge einer Molekülfrequenz einer spezifischen Substanz entspricht, kann 1) durch ein optisches Bandpassfilter eine bestimmte Wellenlänge von einer Breitbandlichtquelle im Infrarotbereich oder dem nahen Infrarotbereich auswählen; kann 2) eine bestimmte Wellenlänge durch einen Mehrfachgruppensystemhalbleiterlaser schwingen lassen; kann 3) zwei Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen durch eine optisch nichtlineare Substanz mischen, und mit einem optischen Bandpassfilter eine bestimmte Wellenlänge aus der durch Addition oder Subtraktion entstandenen Wellenlänge auswählen; kann 4) eine bestimmte Wellenlänge durch optische parametrische Oxidation schwingen lassen; und kann 5) eine bestimmte Wellenlänge durch einen variabel abstimmbaren Laser schwingen lassen.

Diese Lichtquellen werden beispielsweise bei der in Fig. 2 dargestellten Infrarotstrahlungsquelle 24 eingesetzt, um die Infrarotstrahlungsquelle 20 auszubilden, wodurch eine Infrarotstrahlungsquelle erhalten werden kann, welche Strahlung im Infraroten oder nahen Infraroten aussendet, die bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt werden kann.

Statt der Lichtquelle 24, die selektiv Infrarotstrahlung mit einer bestimmten Wellenlänge aussendet, ist die Infrarotstrahlungsquelle 20 so ausgebildet, daß sie Licht mit breitem Wellenlängenbereich aussendet, der von Strahlung im nahen Infrarot bis zur Infrarotstrahlung reicht, und Licht, welches ein zu überwachendes Substrat 12 abgetastet hat, wird durch ein optisches Bandpaßfilter hindurchgeleitet, um eine bestimmte Wellenlänge auszuwählen, und diese bestimmte Wellenlänge wird von dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 nachgewiesen.

(b) Infrarotstrahlungsdetektor 50

Infrarotstrahlung, die aus einem zu überwachenden Substrat 12 ausgetreten ist, wird über die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 zugeführt. Der Infrarotstrahlungsdetektor 50 weist beispielsweise eine InSbAs-PIN-Photodiode auf, eine Ge-Photodiode oder dergleichen als typischen Strahlungsdetektor für das nahe Infrarot; ein InAs- oder ein InSb-Photovoltaic-Element als Infrarotstrahlungsdetektor; oder einen Detektor wie beispielsweise ein MCT (MgCdTe)-Fotoleiterelement, ein pyroelektrisches Element und dergleichen. Diese Detektoren wandeln Strahlung in nahen Infrarot und im Infrarot in elektrische Signale um.

Bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mißt der Infrarotstrahlungsdetektor 50 den Leistungspegel von Licht, welches ausgesandt wurde, und durch ein zu überwachendes Substrat 12 hindurchgegangen ist, und wandelt den Leistungspegel in eine elektrische Größe um.

(c) Steuer/Untersuchungscomputer 60 und Anzeigevorrichtung 70

Der Steuer/Untersuchungscomputer 60 empfängt ein elektrisches Signal entsprechend einem Leistungspegel (gemessene Intensität) der Infrarotstrahlung, der von dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 stammt, und vergleicht das elektrische Signal mit einer vorher gemessenen Bezugsintensität. Auf der Grundlage der Differenz zwischen der Bezugsintensität und der gemessenen Intensität wird die Menge an Verunreinigung festgestellt, die auf einem zu überwachenden Substrat 12 vorhanden ist.

Ein auf diese Weise erhaltene Pegeldifferenz wird mit einem Bezugspegel entsprechend einer eingestellten Menge an molekularer Verunreinigung verglichen, und auf dieser Grundlage wird beurteilt, ob das zu überwachende Substrat gut ist oder nicht.

Ein auf diese Weise erhaltenes Ergebnis kann auf der Anzeigevorrichtung 70 dargestellt werden.

(2) Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren

Unter Bezugnahme auf Fig. 16 wird das Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert.

Zuerst sendet eine Infrarotstrahlungsquelle 20 Licht mit einer Wellenlänge aus, die der Wellenlänge einer Molekülfrequenz einer zu detektierenden Verunreinigung entspricht. Wenn beispielsweise die zu detektierende Verunreinigung Ethanol ist, wie bei dem in Fig. 11 gezeigten Überwachungsbeispiel, so ist die Infrarotstrahlungsquelle so ausgebildet, daß sie Infrarotstrahlung mit einem Wellenzahlbereich entsprechend 3650-3100 cm-1 aussendet, beispielsweise für die O-H-Streckschwingung.

Als nächstes wird ein Bezugsmuster ohne darauf vorhandene Verunreinigungen auf einer Substrathalterung 10 angeordnet, und wird eine Bezugsüberwachungsintensität gemessen. Die gemessene Bezugsintensität wird in dem Steuer/Untersuchungscomputer 60 gespeichert. Die optische Ausrichtung und die Feineinstellung für die Messung sind ebenso wie bei dem Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform.

Als nächstes wird ein zu überwachendes Substrat 12 auf der Substrathalterung 10 angeordnet, und eine Messung durchgeführt, um eine überwachte Intensität zu erhalten. Die optische Ausrichtung und die Feineinstellung für die Messung sind ebenso wie bei dem Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform.

Daraufhin wird eine überwachte Intensität der Infrarotstrahlung, die so gemessen wurde, dem Steuer/Untersuchungscomputer 60 eingegeben, und wird mit der vorher gemessenen Bezugsintensität verglichen. Auf der Grundlage der Pegeldifferenz zwischen der Bezugsintensität und der gemessenen Intensität wird die Menge an Verunreinigung festgestellt. Wenn die Pegeldifferenz zwischen der Bezugsintensität und der gemessenen Intensität oberhalb eines vorbestimmten Pegels liegt, der die Beurteilungsgröße zur Beurteilung darstellt, ob das zu überwachende Substrat gut ist, so beurteilt der Steuer/Untersuchungscomputer 60 das zu überwachende Substrat so, daß es fehlerhaft ist.

Falls die Infrarotstrahlungsquelle 20 so ausgebildet ist, daß sie breitbandig Licht aussendet, so wird auf dieselbe Weise wie voranstehend geschildert, eine Bezugsintensität gemessen, und läßt man dann von der Infrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandte Infrarotstrahlung auf ein zu überwachendes Substrat 12 unter vorbestimmten Bedingungen auffallen, um die Oberflächenzustände des zu überwachenden Substrats 12 zu untersuchen, und läßt dann das Licht durch ein optisches Bandpassfilter oder eine ähnliche Einrichtung gehen, um eine bestimmte Wellenlänge auszuwählen. Infrarotstrahlung mit der spezifischen Wellenlänge wird von dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 nachgewiesen.

Dann wird die gemessene Intensität der so gemessenen Infrarotstrahlung dem Steuer/Analysecomputer 60 zugeführt, damit sie mit einer vorher gemessenen Bezugsintensität verglichen wird. Auf der Grundlage der Pegeldifferenz zwischen der Bezugsintensität und der gemessenen Intensität wird die Menge an Verunreinigung festgestellt. Wenn die Pegeldifferenz zwischen der Bezugsintensität und der gemessenen Intensität oberhalb eines vorbestimmten Pegels liegt, der die Beurteilungsgröße zur Beurteilung darstellt, ob ein zu überwachendes Substrat gut ist oder nicht, so stellt der Steuer/Untersuchungscomputer 60 fest, daß das zu überwachende Substrat 12 fehlerhaft ist.

Auf diese Weise werden die Oberflächenzustände des zu überwachenden Substrats 12 überwacht, und wird beurteilt, ob das zu überwachende Substrat gut ist.

Wie voranstehend geschildert, wird bei der vorliegenden Ausführungsform Licht in einem Wellenlängenbereich entsprechend der Molekülschwingung einer bestimmten Verunreinigung zur Überwachung von Oberflächenzuständen verwendet, und werden das Ausmaß der Abschwächung der Lichtintensität infolge von Resonanzabsorption sowie die Menge an Verunreinigung festgestellt. Es ist kein kostenaufwendiges System erforderlich, beispielsweise ein Fourier-Transformations-Spektrometer und dergleichen, und es kann kostengünstig beurteilt werden, ob ein Substrat gut ist oder nicht.

Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform wird Licht mit einem Wellenlängenbereich entsprechend einer Molekülschwingung einer Verunreinigung detektiert, aber wenn mehrere Verunreinigungen gemessen werden müssen, ist es möglich, dass Licht mit bestimmten Wellenlängen entsprechend spezifischen Frequenzen der jeweiligen Verunreinigungen erzeugt wird, und diese Wellen kombiniert werden, um eingesetzt zu werden. Es ist ebenfalls möglich, daß die Infrarotstrahlungsquelle durch einen variabel abstimmbaren Laser oder ähnliche Einrichtungen gebildet wird, und Licht mit spezifischen Wellenlängen entsprechend mehreren Molekülschwingungen nacheinander eingestellt werden kann.

[Dritte Ausführungsform]

Das Verfahren und die Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß einer dritten Ausführungsform einer vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Fig. 17 bis 23 erläutert. Gleiche Teile der vorliegenden Ausführungsform wie jene bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform, die in den Fig. 1 bis 16 gezeigt sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, damit keine erneute Erläuterung erfolgt, oder um die Beschreibung zu vereinfachen.

Die Fig. 17A und 17B sind schematische Querschnittsansichten, welche die Beziehung des zu überwachenden Substrats zu Infrarotstrahlung bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen. Fig. 18 ist eine schematische Darstellung von Licht, welches von der Luft aus auf Silizium einfällt. Fig. 19 zeigt die Eigenschaften der Beziehung zwischen Einfallswinkeln der Infrarotstrahlung in Bezug auf das Energiereflexionsvermögen. Die Fig. 20A und 20B sind schematische Schnittansichten, welche einen Zustand zeigen, bei welchem ein Einfallsort der Infrarotstrahlung nicht korrekt ist. Fig. 21 ist eine schematische Darstellung eines Zustands, in welchem Infrarotstrahlung im Inneren eines Wafers reflektiert wird. Fig. 22 ist eine schematische Schnittansicht eines zu überwachenden Substrats, und zeigt Beziehungen zwischen dem zu überwachenden Substrat und der Infrarotstrahlung. Fig. 23 ist eine schematische Schnittansicht eines zu überwachenden Substrats in einem Zustand, in welchem der Einfallsort der Infrarotstrahlung nicht korrekt ist.

Bezüglich der vorliegenden Ausführungsform wird nunmehr die Ausbildung des Infrarotobjektsystems bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform erläutert.

Damit man Oberflächenzustände eines zu überwachenden Substrats 12 mit hoher Empfindlichkeit überwachen kann, ist es erforderlich, dass Infrarotstrahlung wirksam in das zu überwachende Substrat eingegeben wird, und daher dazu veranlaßt wird, mehrfach innere Reflexionen durchzuführen. Zu diesem Zweck wird bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der vorliegenden Ausführungsform das optische System für den Einfall der Infrarotstrahlung an einer geeigneten Position und in einem geeigneten Winkel durch ein Halterungsteil (Einfallswinkelsteuerungssystem) gehaltert, so daß Infrarotstrahlung im wesentlichen im Brewster-Winkel auf das Schrägteil 14 des zu überwachenden Substrats einfällt.

Im einzelnen wird, wie in Fig. 17A gezeigt, das optische System für den Einfall der Infrarotstrahlung in einem Winkel gehalten, der es gestattet, daß der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung etwa 73,7° in Bezug auf eine Endoberfläche 6 (das Schrägteil 14) in der Ebene beträgt, die vertikal zu den Substratoberflächen 3, 4 des zu überwachenden Substrats 12 liegt, und durch das Zentrum hindurchgeht, und wird weiterhin in einer Position gehalten, wie dies in Fig. 17B gezeigt ist, die es gestattet, daß die Infrarotstrahlung auf eine Position O auf der Endoberfläche 6 einfällt, die um etwa 0 bis 500,56 µm von der Grenze A entfernt ist, welche die Grenze zwischen der Endoberfläche 6 und der Substratoberfläche 3 des zu überwachenden Substrats 12 darstellt.

Hierdurch entstehen nur vernachlässigbare Reflexionsverluste der Infrarotstrahlung, die an die Endoberfläche 6 des zu überwachenden Substrats 12 angelegt wird, so daß die Infrarotstrahlung einen hohen Energiewirkungsgrad aufweist.

Infrarotstrahlung, die auf die obere Endoberfläche 6 des zu überwachenden Substrats 12 einfällt, und gebrochen wird, wird daran gehindert, direkt auf die untere Endoberfläche 7 (das Schrägteil 14) von innen aus einzufallen, wodurch die Infrarotstrahlung auf dem Paar der Substratoberflächen 3, 4 an einer Anzahl von Orten im Inneren des zu überwachenden Substrats 12 reflektiert wird, wodurch das Vorhandensein bzw. die Abwesenheit einer organischen Verunreinigung mit guter Auflösung festgestellt werden kann.

Als nächstes wird ein Vorgang zum Entwerfen des optischen Systems für die Infrarotstrahlung gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert. Bei der vorliegenden Ausführungsform stellt ein zu überwachendes Substrat 12 einen Siliziumwafer mit 300 mm entsprechend den SEMI-Standard- Spezifikationen dar. Wie voranstehend geschildert, ist der Siliziumwafer als Scheibe ausgebildet, die eine Dicke von etwa 77,5 µm und einen Durchmesser von etwa 300 mm aufweist, und weist eine Grenzfläche zwischen einem Paar der Substratoberflächen und der Aussenumfangsoberfläche auf, die an dem Paar der Endoberflächen abgeschrägt ist (den Schrägteilen 14), wobei die Abschrägung etwa 22° beträgt (siehe die Fig. 6 und 7). Das optische System für die Infrarotstrahlung kann mit derselben Vorgehensweise, wie dies nachstehend erläutert wird, für Substrate entworfen werden, die bei einem Paar schräger Endoberflächen abgeschrägt ausgebildet sind, und keine Siliziumwafer von 300 mm entsprechen den SEMI-Standard-Spezifikationen darstellen.

Wenn Licht in einem Bereich mit einem Brechungsindex n2 aus einem Bereich mit einem Brechungsindex n1 eintritt, wie dies in Fig. 18 gezeigt ist, tritt eine Reflexion auf der Grenzfläche zwischen den Bereichen in einem Winkel θ1 auf, der gleich dem Einfallswinkel θ1 ist, und tritt eine Brechung in einem Winkel θ2 auf:



n1 sin θ1 = n2 sin θ2.

Wenn Licht von Luft aus in Silizium eintritt, so ist der Brechungsindex von Luft n1 = 1,00 und der Brechungsindex von Silizium n2 = 3,42. Der Einfallswinkel θ1, der minimale Reflexionsverluste ergibt (der Brewster-Winkel) erfüllt folgende Beziehungen



θ1 + θ2 = π/2

tan θ1 = n2/n1 = 3,42.

Auf der Grundlage der voranstehenden Bedingungen ergibt sich der Einfallswinkel θ1 folgendermaßen:



θ1 = 73,7°,



und der Brechungswinkel θ2 ergibt sich zu:



θ2 = 16,3°.

Bei dem Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform fällt Infrarotstrahlung auf die Endoberfläche 6 eines zu überwachenden Substrats (Siliziumwafer) im wesentlichen im Brewster-Winkel ein, der sich aus der voranstehenden Berechnung ergibt, wodurch ein höherer Energiewirkungsgrad bei minimalen Reflexionsverlusten erzielt wird.

Wenn hierbei das Amplitudenreflexionsvermögen einer Komponente parallel zur Endoberfläche 6, auf welche die Infrarotstrahlung einfällt, durch r(h) bezeichnet wird, ergibt sich das Amplitudenreflexionsvermögen r(h) folgendermaßen:



r(h) = tan (θ1 - θ2)/tan (θ1 + θ2),



und ergibt sich das Energiereflexionsvermögen Γ(h) der auf die Endoberfläche 6 einfallenden Infrarotstrahlung folgendermaßen:



Γ(h) = [r(h)]2.

Wie aus Fig. 19 hervorgeht, weist das Energiereflexionsvermögen Γ(h) ein Minimum auf, wenn der Einfallswinkel θ1 = 73,7° beträgt, also gleich dem Brewster Winkel ist, und nimmt zu, wenn der Einfallswinkel θ1 zunimmt oder abnimmt. Das Änderungsverhältnis des Energiereflexionsvermögens Γ(h) an der Seite der Zunahme des Einfallswinkels θ1 unterscheidet sich von jenem an der Seite der Abnahme des Einfallswinkels θ1. Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt unter der Annahme, daß der zusätzliche Bereich für die Reflexionsverluste 2,0% beträgt (= 0,02), der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung auf der Endoberfläche 6 eines zu überwachenden Substrats 12 68 bis 78°.

Selbst wenn der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung auf die voranstehend geschilderte Weise eingestellt wird, tritt es wie in Fig. 20A gezeigt häufig auf, falls der Einfallsort nicht korrekt ist, daß auf die Endoberfläche 6 einfallende Infrarotstrahlung von innen aus direkt auf die Endoberfläche 7 auftrifft und dort reflektiert wird. In diesem Fall ergeben sich flache Winkel der Infrarotstrahlung in Bezug auf die Substratoberflächen 3, 4 innerhalb eines zu überwachenden Substrats. Die Infrarotstrahlung wird weniger häufig auf den Substratoberflächen 3, 4 reflektiert, und die Auflösung für den Nachweis der Verunreinigung ist gering.

Wie voranstehend geschildert beträgt beispielsweise, wenn Infrarotstrahlung unter 73,7° auf die Endoberfläche 6 eines zu überwachenden Substrats 12 einfällt, die um 22° abgeschrägt ist, und auf die Substratoberfläche 4 einfällt, ohne von innen aus auf die Endoberfläche 7 einzufallen, der Reflexionswinkel der Reflexionsstrahlung innerhalb des zu überwachenden Substrats 12 51,7°.

Wenn hierbei das zu überwachende Substrat 12 eine Dicke von 775 µm aufweist, so ergibt sich wie in Fig. 21 gezeigt ist, eine Entfernung X1 über welche sich die Infrarotstrahlung in Horizontalrichtung für eine Reflexion ausbreitet, folgendermaßen:



X1 = 775 × tan(90-51,7) = 612,06 µm.

Dies bedeutet, daß die Substratoberflächen 3, 4 jeweils in Abständen von 1224 µm detektiert werden. Dies stellt eine ausreichende Auflösung für den Nachweis organischer Verunreinigungen dar.

Wenn jedoch Infrarotstrahlung, die auf die Endoberfläche 6 des zu überwachenden Substrats 12 einfällt, direkt auf die Endoberfläche 7 auftrifft, wie dies in Fig. 20B gezeigt ist, so beträgt der Reflexionswinkel der Infrarotstrahlung im Inneren des zu überwachenden Substrats 12 7,7°. In diesem Fall ergibt sich die Entfernung X2, über welche sich die Infrarotstrahlung in Horizontalrichtung für eine Reflexion ausbreitet, folgendermaßen:



X2 = 775 tan(90-7,7) = 5732,02 µm.

Die Auflösung für den Nachweis wird daher im wesentlichen auf 1/10 herabgesetzt.

Bei dem Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden der Einfallswinkel und die Einfallsposition der Infrarotstrahlung in Bezug auf ein zu überwachendes Substrat 12 eingestellt, wodurch - wie in Fig. 17B gezeigt - Infrarotstrahlung, die auf die Endoberfläche 6 des zu überwachenden Substrats 12 einfällt, daran gehindert wird, direkt von innen auf die Endoberfläche 7 einzufallen.

Zu diesem Zweck ist es erforderlich, dass Infrarotstrahlung, die in das zu überwachende Substrat 12 an dem Ort O auf der oberen Endoberfläche 6 des zu überwachenden Substrats 12 hineingelangt, auf einen Ort auf der Substratoberfläche 4 einfällt, der auf der linken Seite, gesehen in der Zeichnung, der Grenze C in Bezug auf die untere Endoberfläche 7 liegt. Wenn in diesem Zusammenhang eine Grenze B zwischen den Endoberflächen 6, 7 vorhanden ist, eine Grenze C zwischen der Substratoberfläche 4 und der Endoberfläche 7, und eine Position K direkt unterhalb der Grenze B und horizontal links von der Grenze C, so weist die gerade Linie BK eine Länge von 387,5 µm auf, nämlich die Hälfte der Dicke des zu überwachenden Substrats 12.

BK/CK = 387,5/CK = tan 22 = 0,404.

Daher weist die gerade Linie CK eine Länge von 959,15 µm auf.

BK/BC = 387,5/BC = sin 22 = 0,3746.

Die Länge der geraden Linie BC beträgt daher 1034,44 µm, und die Länge der geraden Linie AB symmetrisch zur geraden Linie BC beträgt 1034,44 µm. Wenn der Schnitt zwischen der verlängerten geraden Linie AB und der verlängerten geraden Linie OC mit L bezeichnet ist, so ergibt sich LK/CK = tan 51,7 = 1,2662.

Die Länge der geraden Linie LK beträgt 1214,48 µm, und die gerade Linie LB ergibt sich aus:



LK-BK = 1214,28-387,5 = 826,78 µm.

Wenn nunmehr Koordinaten (x, y) die Position O auf der Endoberfläche 6 angeben, auf welche die Infrarotstrahlung einfällt, wobei die Grenze B zwischen den Endoberflächen 6, 7 als der Ursprung gewählt wird, so ist der Ort O der Schnitt zwischen der geraden Linie AB und der geraden Linie CL. Die gerade Linie AB läßt sich folgendermaßen ausdrücken



y = -(tan 22)x = -0,404x,



und die gerade Linie CL ergibt sich aus



y = +(tan 51,7)x + LB = 1,2662x + 826,78.

Wenn die Koordinaten der Position O, der den Schnitt zwischen der geraden Linie AB und der geraden Linie CL darstellt, mit den voranstehend angegebenen Ausdrücken berechnet werden, so ergibt sich



x = -495,02 µm,

und

y = 199,99 µm.

Wenn man einen Schnitt P zwischen einer Senkrechten, die durch den Ort O hindurch geht, und einer Horizontalen, die durch den Ursprung geht, annimmt, so weist die gerade Linie PB eine Länge von 495,02 µm auf.

PB/OB = cos 22 = 0,92718.

Daher gilt



OB = 495,02 / 0,92718 = 533,9 µm

und

AO = AB-OB = 1034,46 - 533,9 = 500,56 µm.

Falls daher ein zu überwachendes Substrat 12 eine Dicke von etwa 775 µm aufweist und ein Paar von Endoberflächen 6, 7 aufweist, die um etwa 22° in Bezug auf ein Paar von Substratoberflächen 3, 4 schräg angeordnet sind, und Infrarotstrahlung auf die Endoberfläche 6 auf einen Winkel von 73,7° einfällt, also mit einem dem Brewster-Winkel entsprechenden Einfallswinkel, so fällt die Infrarotstrahlung auf den Ort O ein, der zwischen 0 und 500,56 µm von der Grenze A zwischen der Endoberfläche 6 und der Substratoberfläche 3 entfernt ist, so daß die Infrarotstrahlung, die in das zu überwachende Substrat 12 an der Endoberfläche 6 hineingelangt ist, niemals direkt auf die Endoberfläche 7 auftrifft.

Bei dem Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform beträgt der zulässige Bereich für den Einfallswinkel der Infrarotstrahlung auf die Endoberfläche 6 68° bis 78°, wie dies voranstehend erläutert wurde, und ergibt sich der zusätzliche Bereich für die Einfallsortänderungen entsprechend dem Einfallswinkel der Infrarotstrahlung aus der nachstehende Tabelle 2. Tabelle 2



Bei den Spezifikationen für den Halbleiterwafer mit einem Durchmesser von 300 mm, der hier untersucht wird, ist wie in Fig. 17 gezeigt die Endoberfläche 6 abgeschrägt ausgebildet, an der Grenze zwischen den Substratoberflächen 3, 4 und der Aussenumfangsoberfläche 5, und ist vorgeschrieben, daß die horizontale Gesamtlänge unterhalb von 500 µm liegt.

Wenn daher das Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform bei dem Siliziumwafer mit den voranstehend geschilderten Spezifikationen eingesetzt wird und Infrarotstrahlung auf die Endoberfläche 6 in dem optimalen Winkel einfällt, nämlich 73,7°, so ist es nicht erforderlich, den Einfallswinkel zu berücksichtigen. Um eine Nachweisfläche der Substratoberflächen 3,4 des Siliziumwafers zu maximieren ist es vorzuziehen, den Einfallsort der Infrarotstrahlung in der Nähe des Aussenrandes der Endoberfläche 6 zu wählen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform fällt Infrarotstrahlung in dem Winkel von +73,7° auf die Endoberfläche 6 ein, die um 22° in der Ebene geneigt ist, die senkrecht zur Substratoberfläche 3 eines zu überwachenden Substrats 12 verläuft, und durch das Zentrum geht, jedoch ist es ebenfalls möglich, daß der Einfallswinkel etwa -73,7° beträgt.

Auch bei der letztgenannten Ausführungsform weist die Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung dieselben Bauteile auf wie die Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorherigen Ausführungsform, und unterscheidet sich von letzterer nur in Hinblick auf die Anordnung der Infrarotstrahlungssammelvorrichtungen 30, 40. Bei dem Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren gemäß der letztgenannten Ausführungsform fällt, wie in Fig. 22 gezeigt, Infrarotstrahlung im Winkel von -73,7° auf die Endoberfläche 6 ein, die um 22° abgeschrägt in der Ebene angeordnet ist, die senkrecht zu der Endoberfläche 3 eines zu überwachenden Substrats 12 verläuft, und durch das Zentrum geht, und fällt an einem Ort ein, der einen Abstand von etwa 0-80,18 µm von der Grenze zwischen der Endoberfläche 6 und der Substratoberfläche 3 aufweist.

Auch bei der letztgenannten Ausführungsform, bei welcher der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung -73,7° beträgt, kann ein zulässiger Bereich für den Einfallswinkel der Infrarotstrahlung eingestellt werden, wie bei der vorherigen Ausführungsform. Wie aus der nachstehenden Tabelle 3 hervorgeht, ändert sich der zulässige Bereich für den Einfallsort entsprechend dem Einfallswinkel der Infrarotstrahlung. Tabelle 3



Wie allerdings aus der voranstehenden Tabelle 3 hervorgeht, ist in einem Fall, in welchem ein zu überwachendes Substrat 12 eine Dicke von 775 µm aufweist, und die Endoberfläche 6 um 22° geneigt ausgebildet ist, keine ordnungsgemäße Einfallsposition verfügbar, wenn der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung -68° beträgt. Vorzugsweise beträgt der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung mehr als -68,207°, unabhängig vom Energiereflexionsvermögen.

Auch bei der vorliegenden Ausführungsform, bei welcher ein Einfallswinkel der Infrarotstrahlung von etwa -73,7° vorgesehen ist, sind die Bedingungen für den voranstehend geschilderten Einfallswinkel und dessen zulässigem Bereich erfüllt, so daß Infrarotstrahlung, die auf die Endoberfläche 6 eines zu überwachenden Substrats 12 auftrifft, daran gehindert wird, auf der Endoberfläche 7 reflektiert zu werden, was zu einer verringerten Auflösung führen würde, und kann daher das Vorhandensein organischer Verbindungen auf den Substratoberflächen 3, 4 gut beurteilt werden.

Wie aus Fig. 17 hervorgeht, ist dann, wenn der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die auf die Endoberfläche 6 eines zu überwachenden Substrats 12 auftrifft, +73,7° beträgt, der Reflexionswinkel innerhalb des zu überwachenden Substrats 12 51,7°, jedoch beträgt, wie aus Fig. 22 hervorgeht, wenn der Einfallswinkel -73,7° beträgt, der Reflexionswinkel im Inneren des zu überwachenden Substrats 84,3°. Die Ausführungsform, die einen Einfallswinkel von -73,7° verwendet, weist daher eine höhere Auflösung für die Messung auf als jene Ausführungsform, die einen Einfallswinkel von -73,7° verwendet.

Wenn Infrarotstrahlung dazu veranlaßt wird, daß bei ihr Mehrfachreflexionen innerhalb eines zu überwachenden Substrats 12 auftreten, so müssen auch die Eigenschaften in Bezug auf das Reflexionsvermögen innerhalb des zu überwachenden Substrats berücksichtigt werden. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, hängt das Reflexionsvermögen vom Reflexionswinkel ab. Wenn Infrarotstrahlung im Inneren eines zu überwachenden Substrats 12 reflektiert wird, welches sich in Luft befindet, kann ein hohes Energiereflexionsvermögen erzielt werden, wenn ein Reststrahlenaustrittswinkel, der die Reflexionswinkel im Inneren des zu überwachenden Substrats darstellt, größer als 72° ist, aber wenn der Reststrahlenaustrittswinkel 74 bis 90° beträgt, sinkt das Energiereflexionsvermögen auf unterhalb von 0,3 ab.

Wenn daher der Einfallswinkel -73,7° beträgt, wie in Fig. 22 gezeigt ist, so ist der Reststrahlenaustrittswinkel 84,3°, und sinkt das Energiereflexionsvermögen. Es treten große Strahlungsverluste der Infrarotstrahlung in Folge von Transmission auf, wenn die Infrarotstrahlung zu inneren Mehrfachreflexionen auf den Substratoberflächen 3, 4 des zu überwachenden Substrats 12 veranlaßt wird. Wenn daher der Energiewirkungsgrad für die Messung wesentlich ist, so ist es ausreichend, daß wie in Fig. 17 gezeigt, der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die auf die Endoberfläche 6 des zu überwachenden Substrats 12 auftrifft, +73,7° beträgt. Wenn die Auflösung für die Messung wesentlich ist, so ist es geeignet, wenn wie in Fig. 22 gezeigt, der Einfallswinkel -73,7° beträgt.

Obwohl der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, der auf die Endoberfläche 6 eines zu überwachendes Substrats 12 einfällt, -73,3° beträgt, weist der Reststrahlaustrittswinkel einen Wert von 40,3° auf, wenn die Infrarotstrahlung auf der Endoberfläche 7 reflektiert wird. Die Auflösung ist in dem für die Erzeugnisse zulässigen Bereich, und damit ein derartiges Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren ermöglicht wird, läßt man Infrarotstrahlung mit einem Einfallswinkel von -73,7° auf einen Ort einfallen, der einen Abstand von mehr als 80,18 µm von der Grenze der Endoberfläche 6 und der Substratoberfläche 3 aufweist.

Wie voranstehend geschildert können gemäß der vorliegenden Ausführungsform Reflexionsverluste zu jenem Zeitpunkt, an welchem Infrarotstrahlung in ein zu überwachendes Substrat eintritt, vernachlässigt werden, so daß Infrarotstrahlung dem zu überwachenden Substrat über die Endoberfläche zugeführt werden kann. Dies führt dazu, daß das Vorhandensein bzw. die Abwesenheit von Defekten auf den Oberflächen eines zu überwachenden Substrats mit einem zufriedenstellenden Energiewirkungsgrad detektiert werden kann.

[Vierte Ausführungsform]

Unter Bezugnahme auf die Fig. 24 bis 27 werden ein Verfahren und eine Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Teile der vierten Ausführungsform, die bereits im Zusammenhang mit der ersten oder zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 16 beschrieben wurden, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und nachstehend nicht unbedingt erneut erläutert.

Fig. 24 zeigt schematisch eine erste Infrarotstrahlungsquelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform, nämlich deren Aufbau. Die Fig. 25A und 25B dienen zur Erläuterung des Betriebs der Infrarotstrahlungsquelle, die in Fig. 24 gezeigt ist. Fig. 26 zeigt schematisch den Aufbau einer zweiten Infrarotstrahlungsquelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Fig. 27 erläutert den Betrieb der in Fig. 26 dargestellten Infrarotstrahlungsquelle.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform werden Infrarotstrahlungsquellen erläutert, die sich von den Infrarotstrahlungsquellen unterscheiden, die bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform verwendet wurden, und welche für das Verfahren und die Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten bzw. zweiten Ausführungsform geeignet waren.

Bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform können die vordere Reflexionsplatte 28 und die hintere Reflexionsplatte 26 verschiedene Formen aufweisen, entsprechend den von der Infrarotstrahlungsquelle 20 geforderten Eigenschaften.

Als erste Vorgehensweise in Bezug auf eine Abänderung einer Infrarotstrahlungsquelle 20 kann man, um höhere konstruktive Freiheiten zu erzielen, in Bezug auf das optische System des Spektrometers, sich überlegen, die Lichtmenge paralleler Strahlen der Lichtquelle zu erhöhen. Eine Lichtquelle mit parallelen Strahlen ist vorzuziehen, infolge der konstruktiven Freiheit für die weitere optische Verarbeitung. Eine Vorgehensweise zur einfachen Erhöhung der Gesamtstrahlungsmenge besteht darin, mehr Strom durch Heizfäden zu schicken, was jedoch den Nachteil hat, daß die Lebensdauer der Heizfäden kurz ist, obwohl parallele Strahlen in erhöhtem Ausmaß zur Verfügung gestellt werden.

Bei der ersten Infrarotstrahlungsquelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in Fig. 24 gezeigt, die hintere Reflexionsplatte 26 als Parabolspiegel ausgebildet und ist der vordere reflektierende Spiegel als Kugelspiegel ausgebildet. Weiterhin liegen die hintere Reflexionsplatte 26 und die vordere Reflexionsplatte 28 einander gegenüber, wobei der Brennpunkt des Parabolspiegels zu jenem des Kugelspiegels ausgerichtet ist, und eine Lichtquelle 24 in dem gemeinsamen Brennpunkt angeordnet ist.

Bei dieser Anordnung des hinteren reflektierenden Spiegels 26 und des vorderen reflektierenden Spiegels 28 treten jene Strahlen, die in Vorwärtsrichtung von der Lichtquelle 24 ausgesandt werden, die sich im gemeinsamen Brennpunkt befindet, und welche streng parallel sind und nicht durch die vordere Reflexionsplatte 28 abgeschirmt werden, direkt durch ein Austrittsfenster aus. Die übrigen Strahlen, die von der vorderen Reflexionsplatte 28 in Form eines Kugelspiegels reflektiert werden, erfahren wiederholte Reflexionen auf der vorderen Reflexionsplatte 28 und der hinteren Reflexionsplatte 26, werden in parallele Strahlen umgewandelt, die sich in Vorwärtsrichtung ausbreiten, und treten als parallele Strahlen durch das Austrittsfenster aus.

Beispielsweise wird, wie in Fig. 25A gezeigt, Licht (1), welches von der Lichtquelle 24 ausgesandt wird, die sich im gemeinsamen Brennpunkt befindet, und zwar nach oberhalb der vorderen Reflexionsplatte 28 hin, auf der vorderen Reflexionsplatte 28 reflektiert und gelangt erneut zum gemeinsamen Brennpunkt, so daß es auf der hinteren Reflexionsplatte 26 reflektiert wird, und in parallele Strahlen (2) umgewandelt wird. Die parallelen Strahlen (2) erfahren eine mehrfache Reflexion zwischen der vorderen und hinteren Reflexionsplatte 28, 26 (die Strahlen (3) bis (5) in der Zeichnung) kommen dann am Austrittsfenster an (Strahlen (6) in der Zeichnung) und treten durch das Austrittsfenster aus. Die vordere Reflexionsplatte 28 hat hier die Aufgabe, jenen Anteil des Lichts zur hinteren Reflexionsplatte 26 zurückzureflektieren, welches von der Lichtquelle 24 in Vorwärtsrichtung ausgestrahlt wurde, und nicht zu den parallelen Strahlen beiträgt, und diesen Anteil in parallele Strahlen abzuwandeln, und weiterhin die Aufgabe, nur parallele Strahlen für den Austritt zuzulassen, die für die Messung erforderlich sind, so daß unnötiges Licht (Streulicht) abgeschirmt wird.

Licht, welches von der im gemeinsamen Brennpunkt angeordneten Lichtquelle 24 nach hinten ausgesandt wird, wird durch die hintere Reflexionsplatte 26 reflektiert. Der Anteil des reflektierten Lichts, der nicht durch die vordere Reflexionsplatte 28 abgeschirmt wird, tritt durch das Austrittsfenster aus. Jener Anteil des reflektierten Lichts, der von der vorderen Reflexionsplatte 28 reflektiert wird, erfährt eine wiederholte Reflexion auf der vorderen und hinteren Reflexionsplatte 28 bzw. 26, wird dann in sich in Vorwärtsrichtung ausbreitende parallele Strahlen umgewandelt, und tritt durch das Austrittsfenster in Form paralleler Strahlen aus.

Beispielsweise werden, wie in Fig. 25B gezeigt, Strahlen (1), die nach oberhalb der hinteren Reflexionsplatte 26 durch die im gemeinsamen Brennpunkt angeordnete Lichtquelle 24 ausgesandt werden, durch die hintere Reflexionsplatte 26 reflektiert, und in parallele Strahlen (2) umgewandelt. Die parallele Strahlen (2) werden durch die vordere Reflexionsplatte 28 reflektiert, gelangen durch den gemeinsamen Brennpunkt, und werden erneut von der hinteren Reflexionsplatte 26 reflektiert, so daß sie in parallele Strahlen (2) umgewandelt werden. Dann erfahren die parallelen Strahlen (2) eine wiederholte Reflexion zwischen der vorderen Reflexionsplatte 28 und der hinteren Reflexionsplatte 26 (Strahlen (3) bis (5) in der Zeichnung), kommen an dem Austrittsfenster an, treten durch das Austrittsfenster aus. Die vordere Reflexionsplatte 28 hatte hier die Aufgabe, jenen Anteil des Lichts zur hinteren Reflexionsplatte 26 zurückzuschicken, der von der Lichtquelle in Vorwärtsrichtung ausgestrahlt wurde, und nicht zur Ausbildung der parallelen Strahlen beiträgt, um auch diesen Anteil in parallele Strahlen umzuwandeln, und hat weiterhin die Aufgabe, nur parallele Strahlen für den Austritt zuzulassen, die für die Messung erforderlich sind, also unnötiges Licht (Streulicht) abzuschirmen.

Die hintere Reflexionsplatte 26 und die vordere Reflexionsplatte 28 sind daher auf die voranstehend geschilderte Art und Weise angeordnet, wodurch Licht, welches von den Heizfäden ausgestrahlt wird, in parallele Strahlen umgewandelt werden kann, und die Erzeugung von Streulicht verhindert werden kann.

Als zweite Vorgehensweise läßt sich zur Erzielung einer höheren Meßempfindlichkeit des Spektroskops überlegen, das Licht von der Lichtquelle wirksam in einem Punkt zu sammeln, um so die Lichtmenge zu erhöhen. Es läßt sich ebenfalls überlegen, die Heizfäden mit einem erheblichen Strom zu versorgen, damit eine erhöhte Strahlungsmenge zur Verfügung gestellt wird, was jedoch den Nachteil hat, daß die Lebensdauer der Heizfäden kurz ist.

Bei der zweiten Infrarotstrahlungsquelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in Fig. 26 gezeigt, die hintere Reflexionsplatte 26 als empirischer Spiegel ausgebildet, und die vordere Reflexionsplatte 28 als Kugelspiegel. Der hintere reflektierende Spiegel 26 und der vordere reflektierende Spiegel 28 liegen einander so gegenüber, daß ein Brennpunkt des empirischen Spiegels, linke Seite in der Zeichnung, und der Brennpunkt des Kugelspiegels, miteinander übereinstimmen. Die Lichtquelle 24 ist im gemeinsamen Brennpunkt angeordnet. Die hintere Reflexionsplatte 26 und die vordere Reflexionsplatte 28 sind daher so angeordnet, daß von der Lichtquelle 24 ausgesandtes Licht wirksam im anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels gesammelt werden kann, der den hinteren reflektierenden Spiegel 26 bildet.

Durch diese Anordnung des hinteren reflektierenden Spiegels 26 und des vorderen reflektierenden Spiegels 28 wird, wie in Fig. 27 gezeigt ist, von der im gemeinsamen Brennpunkt angeordneten Lichtquelle ausgesandtes Licht zur hinteren Reflexionsplatte 26 auf dieser reflektiert, tritt durch das Austrittsfenster der vorderen Reflexionsplatte 28 aus, und wird auf dem anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels gesammelt. Von der Lichtquelle 24 zur vorderen Reflexionsplatte 28 ausgesandtes Licht wird auf der vorderen Reflexionsplatte 28 reflektiert, geht durch den gemeinsamen Brennpunkt, wird auf der hinteren Reflexionsplatte 26 reflektiert, tritt durch das Austrittsfenster der vorderen Reflexinsplatte 28 aus, und wird auf dem anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels gesammelt. Der vordere reflektierende Spiegel 28 hat daher die Aufgabe, den Anteil des Lichts zu reflektieren, der von der Lichtquelle aus nach vorn ausgesandt wird, und welches nicht gesammelt wurde, und zwar zurück zur hinteren Reflexionsplatte 26 zu reflektieren, damit das Licht in dem anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels gesammelt wird und hat weiterhin die Aufgabe, nur Licht zuzulassen, welches für die Messung erforderlich ist, damit dieses austreten kann, und Streulicht abzuschirmen.

Durch diese Anordnung der hinteren Reflexionsplatte 26 und der vorderen Reflexionsplatte 28 kann Licht, welches von der Lichtquelle 24 in beliebiger Richtung ausgesandt wird, wirksam auf dem anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels gesammelt werden, und kann die Erzeugung von Streulicht unterdrückt werden.

Wie voranstehend geschildert ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die hintere Reflexionsplatte 26 als Parabolspiegel oder als empirischer Spiegel ausgebildet, und ist der vordere reflektierende Spiegel 28 als Kugelspiegel ausgebildet, wodurch von der Lichtquelle 24 ausgesandtes Licht wirksam in parallele Strahlen umgewandelt werden kann, oder an einem Punkt gesammelt werden kann. Die auf diese Weise zur Verfügung gestellte Strahlung ist dazu geeignet, bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform eingesetzt zu werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird von der Lichtquelle 24 ausgesandtes Licht in parallele Strahlen umgewandelt, oder an einem Punkt gesammelt, jedoch ist es möglich, daß ausgesandtes Licht in parallele Strahlen durch die in Fig. 24 gezeigte Infrarotstrahlungsquelle 20 umgewandelt wird, und daß die parallelen Strahlen durch eine Sammellinse und dergleichen gesammelt werden. Es ist ebenfalls möglich, aß von der Infrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandtes Licht, die in Fig. 26 gezeigt ist, durch eine Kondensorlinse und dergleichen gesammelt und in parallele Strahlen umgewandelt wird.

Wie bereits im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben, kann das Austrittsfenster der vorderen Reflexionsplatte 28 mit einem Infrarotstrahlung durchlassenden Material bedeckt sein, damit die Infrarotstrahlungsquelle explosionsgeschützt ist.

[Fünfte Ausführungsform]

Unter Bezugnahme auf die Fig. 28 bis 30 werden das Verfahren und die Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Gleiche Teile der vorliegenden Ausführungsform wie bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um ihre Beschreibung zu vereinfachen und Wiederholungen zu vermeiden.

Fig. 28 zeigt schematisch den Aufbau einer Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Fig. 29 erläutert den Betrieb der in Fig. 28 dargestellten Infrarotstrahlungssammelvorrichtung. Die Fig. 30A und 30B sind Darstellungen zur Erläuterung vorteilhafter Auswirkungen der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine andere Infrarotstrahlungssammelvorrichtung erläutert, die dazu geeignet ist, bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform eingesetzt zu werden.

Wie aus Fig. 28 hervorgeht, weist die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen empirischen Spiegel 82 und einen Kugelspiegel 84 auf. Der empirische Spiegel 82 und der Kugelspiegel 84 liegen einander gegenüber, wobei einer der Brennpunkte (rechte Seite der Zeichnung) des empirischen Spiegels 82 und der Brennpunkt des Kugelspiegels 84 zueinander ausgerichtet sind. Ein Eintrittsfenster 86 für den Eintritt von Infrarotstrahlung ist im Zentrum des Kugelspiegels 84 vorgesehen. Ein Schlitz 88 ist im Zentrum des Kugelspiegels 84 angeordnet, um dort einen zu überwachenden Gegenstand einzuführen.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 29 der Betriebsablauf der in Fig. 28 dargestellten Infrarotstrahlungssammelvorrichtung erläutert.

Wie in Fig. 29 gezeigt ist, wird ein zu überwachendes Substrat 12 in die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 so eingeführt, daß seine Endoberfläche (das Schrägteil 14), auf welche Infrarotstrahlung einfallen soll, im gemeinsamen Brennpunkt des empirischen Spiegels 82 und des Kugelspiegels 84 liegt. Eine Infrarotstrahlungsquelle 20 zum Anlegen von Infrarotstrahlung an die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 durch das Eintrittsfenster 86 des Kugelspiegels 84 ist an dem anderen Brennpunkt (linke Seite in der Zeichnung) des Kugelspiegels 82 angeordnet.

Die Infrarotstrahlungsquelle 20 kann an die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 Licht anlegen, welches Licht entspricht, das von einer Punktlichtquelle angelegt wird, die sich im anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels 82 befindet. Dies wird beispielsweise dadurch erzielt, daß eine Punktlichtquelle an dem anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels 82 angeordnet wird, oder durch eine derartige Positionierung der Infrarotstrahlungsquelle, daß der Brennpunkt des erforderlichen Lichts, wenn das Licht gesammelt wird, an dem anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels 82 liegt. Die letztgenannte Infrarotstrahlungsquelle kann beispielsweise durch die Infrarotstrahlungsquelle gemäß der vierten Ausführungsform zur Verfügung gestellt werden, die in Fig. 26 gezeigt ist.

Eine derartige Anordnung des optischen Einfallssystems für die Infrarotstrahlung ermöglicht es, daß von der Infrarotstrahlungsquelle 20 ausgesandte Infrarotstrahlung in die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 über das Eintrittsfenster 86 des Kugelspiegels 84 hineingelangt, und auf dem gemeinsamen Brennpunkt durch den Kugelspiegel 82 gesammelt wird. An dem gemeinsamen Brennpunkt gesammelte Infrarotstrahlung geht durch den gemeinsamen Brennpunkt durch und erreicht den Kugelspiegel 84, und die Infrarotstrahlung, die von dem Kugelspiegel 84 reflektiert wird, trifft auf die Endoberfläche (Schrägoberfläche 14) eines zu überwachenden Substrats 12 auf.

Eine derartige Ausbildung des optischen Einfallssystems für Infrarotstrahlung ermöglicht es, dass Infrarotstrahlung sowohl auf das Schrägteil 14 der vorderen Oberfläche des zu überwachenden Substrats als auch auf das Schrägteil 14 an dessen Rückseite auftrifft. Daher kann die Gesamtmenge an Infrarotstrahlung erhöht werden, die dem zu überwachenden Substrat zugeführt wird, wodurch Information in Bezug auf Molekülschwingungen auf einem zu überwachenden Substrat 12 in einem größeren Bereich der Oberfläche erhalten werden kann.

Bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform, wie dies in Fig. 30 gezeigt ist, tritt nur bei Infrarotstrahlung, die auf das Schrägteil 14 an der Oberfläche eines zu überwachenden Substrats 12 aufgetroffen ist, eine mehrfache Reflexion in dem zu überwachenden Substrat 12 auf, und werden die Zustände auf den Oberflächen des Substrats untersucht. Unter Verwendung der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie dies in Fig. 30B erläutert ist, tritt bei Infrarotstrahlung, die auf das Schrägteil 14 an der Rückseite des zu überwachenden Substrats 12 aufgetroffen ist, ebenfalls eine mehrfache Reflexion in dem zu überwachenden Substrat 12 auf, und werden hierdurch Zustände der Oberflächen des Substrats untersucht. Daher kann die effektive Fläche auf dem zu überwachenden Substrat vergrößert werden, in welcher organische Verunreinigungen detektiert werden, und läßt sich eine höhere Meßempfindlichkeit erzielen.

Wie voranstehend geschildert, kann die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform Infrarotstrahlung auf den Schrägteilen 14 der Vorderseite und der Rückseite eines zu überwachenden Substrats sammeln, wodurch eine höhere Meßempfindlichkeit zum Detektieren von Verunreinigungen auf den Oberflächen des zu überwachenden Substrats 12 erzielt werden kann. Eine höhere Meßempfindlichkeit zum Detektieren von Verunreinigungen kann Beispiel das Auftreten eine dielektrischen Durchbruchs und einer Beeinträchtigung der Isolierung von Gateoxidfilmen verhindern, so daß die Ausbeute bei der Herstellung ansteigt.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Infrarotstrahlungssammelfeuchtung 30 so ausgebildet, daß sie Infrarotstrahlung auf den Schrägteilen 14 der Vorderseite und Rückseite eines überwachenden Substrats 12 sammeln kann, wodurch die Infrarotstrahlung auf die Schrägteile 14 an der Vorderseite und der Rückseite des zu überwachenden Substrats 12 auftrifft. Bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten Ausführungsform ist es möglich, daß die Infrarotstrahlungsquelle und die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung zusätzlich vorgesehen sind, damit Infrarotstrahlung auch auf das Schrägteil 14 an der Rückseite des zu überwachenden Substrats 12 auftrifft, so daß insgesamt Infrarotstrahlung auf das Schrägteil 14 an der Vorderseite und der Rückseite des zu überwachenden Substrats 12 auftrifft.

[Sechste Ausführungsform]

Unter Bezugnahme auf die Fig. 31 bis 33 werden das Verfahren und die Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß einer sechsten Ausführungsform erläutert. Gleiche Teile bei der vorliegenden Ausführungsform wie bei der ersten oder zweiten Ausführungsform, die in den Fig. 1 bis 16 dargestellt sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um die Beschreibung zu vereinfachen und Wiederholungen zu vermeiden.

Fig. 31 erläutert einen optischen Weg von Infrarotstrahlung, die in ein zu überwachendes Substrat eintritt. Fig. 32 zeigt die Beziehungen zwischen Positionen eines zu überwachenden Substrats in Bezug auf die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung, sowie Infrarotstrahlungswege. Fig. 33 zeigt schematisch den Aufbau der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gem. der vorliegenden Ausführungsform. Fig. 34 erläutert den Betrieb der in Fig. 33 dargestellten Infrarotstrahlungssammelvorrichtung.

Wie aus Fig. 31 hervorgeht, weist Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gesammelt wurde, und auf ein zu überwachendes Substrat 12 auftrifft, Emissionswinkel mit einer bestimmten Divergenz auf. Die Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, auf die Endoberfläche (das Schrägteil 14) des zu überwachenden Substrats 12 auftritt, sind daher geringfügig unterschiedlich, abhängig vom Ort der Strahlen. In Fig. 31 sind beispielsweise drei Strahlen 1, 2, 3 dargestellt, die auf das zu überwachende Substrat 12 auftreffen, mit in numerischer Reihenfolge abnehmendem Einfallswinkel.

Die innere Reflexion von Infrarotstrahlung, die auf ein zu überwachendes Substrat 12 auftrifft, wird durch den Einfallswinkel der Infrarotstrahlung auf der Endoberfläche des zu überwachenden Substrats 12 bestimmt. Im Falle von Fig. 31 weist der Strahl 3 den größten inneren Reflexionswinkel auf. Die Entfernung, über welche sich ein Strahl bei einer einmaligen inneren Reflexion ausbreitet, wird länger, wenn der Reflexionswinkel größer ist. Vergleicht man den Strahl 1 mit dem Strahl 3, breitet sich der Strahl bei der gleichen Anzahl innerer Reflexionen weiter aus als der Strahl 1.

Daher kommt im Falle der Fig. 31 der Strahl 1 der Infrarotstrahlung an der Endoberfläche der Oberseite des zu überwachenden Substrats 12 an. Der Strahl 3 kommt an der Endoberfläche der Rückseite des zu überwachenden Substrats 12 an und der Anteil der Infrarotstrahlung, die durch die Endoberfläche der Rückseite hindurchgelassen wurde, wird nach unterhalb des zu überwachenden Substrats 12 ausgesandt. Die Infrarotstrahlung des Strahls 3, die durch die Endoberfläche der Rückseite durchgeht, kann von der in Fig. 1 dargestellten Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nicht detektiert werden. Wenn die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 gemäß der fünften Ausführungsform eingesetzt wird, so tritt die Infrarotstrahlung durch beide Endoberflächen aus, selbst wenn die einfallende Infrarotstrahlung nur einen einzigen gemeinsamen optischen Weg aufweist.

Wenn bei der in Fig. 1 dargestellten Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung die Positionsbeziehung zwischen der Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 und einem zu überwachenden Substrat 12 so wie in Fig. 32 gezeigt, geändert wird, tritt häufig der Fall auf, daß Infrarotstrahlung, die das zu überwachende Substrat 12 verläßt, nicht von dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 detektiert werden kann, da kein Nachweis erfolgen kann, wenn sich das zu überwachende Substrat 12 beispielsweise an einer der beiden rechten Positionen in Fig. 32 befindet. Damit in diesem Zustand die austretende Infrarotstrahlung detektiert werden kann, ist es erforderlich, den Ort des zu überwachenden Substrats 12 an einen geeigneten Ort zu verschieben oder die Position des zu überwachenden Substrats in Bezug auf die Positionen des Konkavspiegels 42 und des reflektierenden Spiegels 44 einzustellen.

Unter diesen Umständen ist daher eine Infrarotstrahlungssammelvorrichtung wünschenswert, die dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 Infrarotstrahlung zuführen kann, welche die Endoberflächen der Vorderseite und der Rückseite des zu überwachenden Substrats 12 verläßt, und daher nicht von der Position eines zu überwachenden Substrats 12 in Bezug auf die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 beeinflußt wird.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform wird eine Infrarotstrahlungssammelvorrichtung erläutert, welche Infrarotstrahlung sammeln kann, die sowohl durch das Schrägteil an der Vorderseite als auch durch das Schrägteil an der Rückseite eines zu überwachenden Substrats 12 austritt, so daß die Infrarotstrahlung dem Infrarotstrahlungsdetektor zugeführt werden kann.

Bei der fünften Ausführungsform wird die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung durch den empirischen Spiegel 82 und den Kugelspiegel 84 gebildet, wie dies in Fig. 28 gezeigt ist, und wird als die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 30 als optisches Einfallssystem bei dem Verfahren und der Einrichtung der Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform verwendet. Das in Fig. 28 dargestellte optische System kann als die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 verwendet werden, nämlich als optisches Austrittssystem bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform, ebenso wie bei der fünften Ausführungsform.

Bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 für das Verfahren und die Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform durch einen Kugelspiegel 90 und einen empirischen Spiegel 92 gebildet, wie dies in Fig. 33 gezeigt ist.

Wie aus Fig. 33 hervorgeht, wird ein zu überwachendes Substrat 12 in die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 durch einen Schlitz 94 eingeführt, der in dem empirischen Spiegel 92 vorgesehen ist, so daß die Endoberfläche (ein Schrägteil 14), durch welche Infrarotstrahlung austritt, im gemeinsamen Brennpunkt des empirischen Spiegels 92 und des Kugelspiegels 90 angeordnet ist. Ein Infrarotstrahlungsdetektor 50 zum Detektieren von Infrarotstrahlung, die durch die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 gesammelt wird, ist an dem anderen Brennpunkt, an der rechten Seite in der Zeichnung, des empirischen Spiegels 92 angeordnet.

Statt den Infrarotstrahlungsdetektor 50 an dem anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels 92 anzuordnen, kann die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 42 so ausgebildet sein, daß sie Infrarotstrahlung dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 durch ein anderes optisches System zuführt, nämlich durch Anordnung eines reflektierenden Spiegels oder eines Lichtleiters an dem anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels 92.

Durch die in Fig. 34 dargestellte Positionierung des optischen Austrittssystems für die Infrarotstrahlung wird Infrarotstrahlung, die durch die Austrittsendoberfläche eines zu überwachenden Substrats austritt, durch den Kugelspiegel 90 reflektiert, gelangt durch den gemeinsamen Brennpunkt, und kommt an dem empirischen Spiegel 92 an. Die Infrarotstrahlung, die von dem empirischen Spiegel 92 reflektiert wird, wird auf dem anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels 92 gesammelt. Durch Anordnung des Infrarotstrahlungsdetektors 50 an dem anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels 92 kann daher Infrarotstrahlung, welche durch die Schrägteile an der Vorderseite und der Rückseite des zu überwachenden Substrats 12 auftrifft, wirksam detektiert werden. Daher kann Information in Bezug auf Molekülschwingungen auf einem zu überwachenden Substrat 12 in einem größeren Bereich der Oberfläche erhalten werden.

Wie voranstehend geschildert ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 so ausgebildet, daß sie Infrarotstrahlung, die durch die Schrägteile an der Vorderseite und der Rückseite eines zu überwachenden Substrats 12 austritt, sammelt, wodurch eine höhere Meßempfindlichkeit zur Feststellung von Verunreinigungen auf den Oberflächen eines zu überwachenden Substrats erhalten werden kann. Eine höhere Meßempfindlichkeit in Bezug auf die Erfassung von Verunreinigungen kann einen dielektrischen Durchbruch und eine Beeinträchtigung der Isolierung, beispielsweise von Gateoxidfilmen verhindern, so daß sich eine verbesserte Herstellungsausbeute ergibt.

[Siebte Ausführungsform]

Unter Bezug auf die Fig. 35 bis 38 werden das Verfahren und die Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Gleiche Teile der vorliegenden Ausführungsform wie bei dem Verfahren und der Einrichtung der Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, um Wiederholungen zu vermeiden und die Beschreibung zu vereinfachen.

Fig. 35 zeigt schematisch eine Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Fig. 36 erläutert die Beziehungen zwischen Positionen eines zu überwachenden Substrats in Bezug auf die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung, sowie Wege der Infrarotstrahlung. Die Fig. 37A bis 37C zeigen Beziehungen zwischen Anordnungen eines Detektionsreflexionsspiegels und Einfallswinkeln der Infrarotstrahlung bei einem Infrarotstrahlungsdetektor. Fig. 38 zeigt die Beziehungen zwischen Anordnungen des Detektionsreflexionsspiegels und Ausbreitungsrichtungen der Infrarotstrahlung.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform wird eine andere Infrarotstrahlungssammelvorrichtung erläutert, die dazu dient, Infrarotstrahlung zu sammeln, die durch beide Schrägteile an der vorderen und hinteren Oberfläche eines zu überwachenden Substrats austritt, und die gesammelte Infrarotstrahlung in einen Infrarotstrahlungsdetektor einzubringen.

Wie aus Fig. 35 hervorgeht, zeichnet sich die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dadurch aus, daß sie in der Nähe der Infrarotstrahlungsaustrittsenden eines zu überwachenden Substrats 12 angeordnet ist, und durch zwei (ein Paar) Detektionsreflexionsspiegel 96 gebildet wird, die einen kleineren Spalt auf der Seite des Infrarotstrahldetektors 50 als an der Seite des zu überwachenden Substrats aufweisen.

Durch diesen Aufbau der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung wird ermöglicht, daß Infrarotstrahlung, die durch die Endoberfläche der vorderen Oberfläche eines zu überwachenden Substrats 12 austritt, sowie Infrarotstrahlung, die durch die Endoberfläche der rückwärtigen Oberfläche des zu überwachenden Substrats 12 austritt, sich zum Infrarotstrahlungsdetektor 50 hin ausbreiten, wobei wiederholte Reflexionen zwischen den beiden Detektionsreflexionsspiegeln 96 auftreten. Daher kann Infrarotstrahlung, die durch die Endoberfläche der rückwärtigen Oberfläche eines zu überwachenden Substrats 12 austritt, zusätzlich zu der Infrarotstrahlung, die durch die Endoberfläche an der vorderen Oberfläche des zu überwachenden Substrats 12 austritt, gesammelt werden, so daß der Sammelwirkungsgrad der durchgelassenen Infrarotstrahlung höher ist, verglichen mit jenem der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform.

Wie aus Fig. 36 hervorgeht, kann durch die in Fig. 35 dargestellte Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform erreicht werden, daß Infrarotstrahlung, die durch die Endoberflächen eines zu überwachenden Substrats 12 austritt, auf den Detektionsreflexionsspiegeln 96 reflektiert wird, soweit die Endoberflächen des zu überwachenden Substrats 12 zwischen den beiden Detektionsreflexionsspiegeln 96 angeordnet sind, selbst wenn die Position der Endoberflächen des zu überwachenden Substrats 12 geändert wird. Die Detektionsreflexionsspiegel 96, welche den Infrarotstrahlungsdetektor 50 bis zum Ort von dessen Eintrittsfenster abdeckt, führen dazu, daß die durchgelassene Infrarotstrahlung ohne Ausnahme eine Einfallsposition des Infrarotstrahlungsdetektors 50 erreicht, wobei wiederholte Reflexionen zwischen dem oberen und den unteren Detektionsreflexionsspiegel 96 auftreten. Daher sind keine Positionseinstellung eines zu überwachenden Substrats 12 oder eine Positionseinstellung des Detektionsreflexionsspiegels 96 erforderlich, was den Betriebsablauf in Bezug auf die Einstellung der optischen Achse wesentlich vereinfacht.

Nachstehend werden drei Anordnungen für ein Paar der reflektierenden Spiegel überlegt, welche die Detektionsreflexionsspiegel 96 bilden: Ein kleinerer Spalt auf der Seite eines zu überwachenden Substrats und ein größerer Spalt auf der Seite des Infrarotstrahlungsdetektors (vgl. Fig. 37A); ein größerer Spalt auf der Seite eines zu überwachenden Substrats 12 und ein kleinerer Spalt auf der Seite des Infrarotstrahlungsdetektors (vgl. Fig. 37B); und zwei im wesentlichen parallele reflektierende Spiegel (siehe Fig. 37C). Allerdings ist vorzuziehen, daß ein Paar aus reflektierenden Spiegeln, welche die Detektionsreflexionsspiegel bilden, wie in Fig. 35 so angeordnet sind, daß ein kleinerer Spalt an der Seite eines zu überwachenden Substrats und ein größerer Spalt an der Seite des Infrarotstrahlungsdetektors 50 vorhanden ist.

Ein erster Grund dafür, daß diese Anordnung vorzuziehen ist, besteht darin, daß Infrarotstrahlung, die durch die Endoberflächen eines zu überwachenden Substrats 12 austritt, auf den Infrarotstrahlungsdetektor 50 in Form im wesentlichen paralleler Strahlen auftreffen kann, wobei dies nur durch diese Anordnung erreichbar ist.

Sammelspiegel für Infrarotstrahlungsdetektoren und Spektrometer sind so konstruiert, daß im wesentlichen parallele Strahlen einfallen. Um daher eine Verringerung der Aberration und des Wirkungsgrads von Sammelspiegeln in Folge einer Winkelverschiebung von Strahlen zu verhindern, damit ein wirksamer Einfall der Infrarotstrahlung erfolgen kann, ist es erforderlich, die Infrarotstrahlung, die durch die Endoberflächen eines zu überwachenden Substrats 12 austritt, in im wesentlichen parallele Strahlen umzuwandeln.

Bei der Anordnung der Detektionsreflexionsspiegel 96 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die in Fig. 37A gezeigt ist, sind die reflektierenden Spiegel 96 um θ/2 in Bezug auf einen beliebigen Austrittswinkel θ verkippt, der kleiner ist als ein rechter Winkel, wodurch mit einer einmaligen Reflexion im wesentlichen parallele Strahlen erhalten werden können. Die Position der im wesentlichen parallelen Strahlen wird durch die Entfernung bestimmt, um welche die Endoberflächen eines zu überwachenden Substrats in die Detektionsreflexionsspiegel eingeführt sind, und diese Entfernung ergibt sich aus:



h = L × sin θ



wobei die Einführungsentfernung mit L bezeichnet ist, und die Position der Höhe der Infrarotstrahlungsquelle mit h. Es wird die Einführungsentfernung der Endoberflächen eines zu überwachenden Substrats 12 eingestellt, wodurch im wesentlichen parallele Strahlen erhalten werden können, die nicht die Abmessungen der Eintrittsfenster von Detektoren und Spektrometern überschreiten.

Andererseits wird deutlich, daß bei den in den Fig. 37B und 37C dargestellten Anordnungen die Bedingungen zur Umwandlung des reflektierten Lichts in im wesentlichen parallele Strahlen nicht vorhanden sind. Es können keine im wesentlichen parallele Strahlen erhalten werden, es sei denn, daß bereits im wesentlichen parallele Strahlen durch die Aussenumfangsoberfläche eines zu überwachenden Substrats 12 auftreten.

Ein zweiter Grund dafür daß, wie voranstehend geschildert, eine bestimmte Anordnung vorzuziehen ist, besteht darin, daß es in Abhängigkeit von den Beziehungen zwischen den Winkeln des einfallenden Lichtes und Positionen der reflektierenden Spiegel Winkel gibt, bei welchen Licht, das ein zu überwachendes Substrat 12 verläßt, nicht zur Seite des Infrarotstrahlungsdetektors 50 reflektiert wird, sondern zur Seite des zu überwachenden Substrats 12 hin, jedoch führt die von den genannten drei Anordnungen, die vorzuziehen ist, und bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, dazu, daß der Bereich klein wird, in welchem das aus tretende Licht zur Seite des zu überwachenden Substrats 12 hin reflektiert wird.

Wie aus Fig. 38 hervorgeht, wird der Winkel, in welchem ein Strahl, der die Detektionsreflexionsspiegel 96 und ein zu überwachendes Substrat 12 verbindet, einen Horizont bildet, mit θ1 bezeichnet, und wird der Winkel, der zwischen dem Strahl und den Detektionsreflexionsspiegeln vorhanden ist, mit θ2 bezeichnet. Abhängig von den Beziehungen zwischen den Winkeln des Lichts, welches durch die Endoberfläche eines zu überwachenden Substrats 12 austritt, und Winkeln der Detektionsreflexionsspiegel 96, gibt es Fälle, bei welchen Licht, das die Endoberflächen eines zu überwachenden Substrats 12 verlassen hat, nicht auf die Seite des Infrarotstrahlungsdetektors 50 auftrifft, sondern erneut zur Seite des zu überwachenden Substrats hin reflektiert wird. Dies bedeutet, daß Licht auf den Detektionsreflexionsspiegel 96 immer mit demselben Reflexionswinkel reflektiert wird, als Eintrittswinkel. Wenn der Winkel θ2 größer als 90° ist, so wird Licht, welches die Endoberflächen eines zu überwachenden Substrats verläßt, zur Seite des Infrarotstrahlungsdetektors 50 hin reflektiert, wogegen es zur Seite des zu überwachenden Substrats hin reflektiert wird, wenn der Winkel θ2 kleiner als 90° ist. Um daher zu verhindern, daß Licht zur Seite des zu überwachenden Substrats 12 hin reflektiert wird, ist es erforderlich, daß θ2 größer als 90° ist. Der Bereich von Winkeln, welche diese Bedingung erfüllen, beträgt 2θ1. Der größte Wert für den Winkel θ1, der die Beziehung θ2 > 90° erfüllt, wird durch die Anordnung der reflektierenden Spiegel gemäß der vorliegenden Ausführungsform erreicht. Mit der Anordnung der reflektierenden Spiegel gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann Austrittslicht angenommen werden, welches einen größeren Winkelbereich überspannt, als dies bei den anderen Anordnungen der reflektierenden Spiegel der Fall ist.

Wie voranstehend geschildert, wird gemäß der vorstehenden Ausführungsform die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 zum Sammeln von Infrarotstrahlung, die ein zu überwachendes Substrat 12 verläßt, durch ein Paar von Detektionsreflexionsspiegeln 96 gebildet, die einen kleineren Spalt auf der Seite des zu überwachenden Substrats 12 als auf der Seite des Infrarotstrahlungsdetektors 50 aufweisen, so daß Infrarotstrahlung detektiert werden kann, welche aus beiden Schrägflächen 14 der Vorderseite und der Rückseite des zu überwachenden Substrats 12 austritt. Dadurch läßt sich eine höhere Meßempfindlichkeit zum Detektieren von Verunreinigungen auf den Oberflächen eines zu überwachenden Substrats erzielen. Infolge der höheren Meßempfindlichkeit zum Detektieren von Verunreinigungen können ein dielektrischer Durchbruch und eine Verschlechterung der Isolierung beispielsweise von Gateoxidfilmen verhindert werden, was dazu führt, daß bei der Herstellung eine höhere Ausbeute erzielt wird.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung 40 durch ein Paar von Detektionsreflexionsspiegeln 96 gebildet, die oberhalb bzw. unterhalb eines zu überwachenden Substrats 12 angeordnet sind, jedoch kann ein Paar reflektierender Spiegel auch auf den Seiten der reflektierenden Spiegel 96 des Paares zusätzlich vorgesehen sein. Hierdurch läßt sich eine erheblich höhere Meßempfindlichkeit beim Detektieren von Infrarotstrahlung erzielen. Das Paar der reflektierenden Spiegel, welches so angeordnet ist, kann aus ebenen Spiegeln oder gekrümmten reflektierenden Spiegeln bestehen, die eine geeignete Krümmung aufweisen.

Die Infrarotstrahlungssammelvorrichtung kann durch ein Paar von Detektionsreflexionsspiegeln 96 gebildet werden, bei denen einer der Spiegel bewegbar ist, oder beide bewegbar sind, um hierdurch wahlweise den Winkel des reflektierten Lichts zu ändern.

[Achte Ausführungsform]

Ein Verfahren und eine Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 39 und 40 erläutert. Gleiche Teile bei der vorliegenden Ausführungsform wie bei dem Verfahren und der Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform, die in den Fig. 1 bis 16 dargestellt sind, werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, um Wiederholungen zu vermeiden, und die Beschreibung zu vereinfachen.

Fig. 39 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens und der Einrichtung zur Oberflächenüberwachung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Fig. 40A und 40B sind Darstellungen, die ein anderes Verfahren und eine andere Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutern.

Wie aus Fig. 39 hervorgeht, zeichnet sich das Verfahren und die Einrichtung zur Oberflächenzustandsüberwachung gemäß der vorliegenden Ausführungsform dadurch aus, daß ein reflektierender Spiegel 72 auf der Seite einer der Endoberflächen eines zu überwachenden Substrats 12 angeordnet ist, und Infrarotstrahlung durch die anderen Endoberflächen des zu überwachenden Substrats 12 eintritt und austritt.

Bei der Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung mit einem derartigen Aufbau kommt Infrarotstrahlung, die auf eine der Endoberflächen eines zu überwachenden Substrats 12 einfällt, an der anderen Endoberfläche entgegengesetzt zu der einen Endoberfläche an, erfährt eine wiederholte innere Mehrfachreflexion, wird dann von dem reflektierenden Spiegel 72 auf eine Endoberfläche reflektiert, erreicht die andere Endoberfläche, führt erneut eine wiederholte innere Mehrfachreflexion durch, und verläßt das zu überwachende Substrat 12 durch die andere Endoberfläche, und wird von einem Infrarotstrahlungsdetektor 40 nachgewiesen. Infrarotstrahlung kann sich entlang einem langen optischen Weg in einem zu überwachenden Substrat 12 ausbreiten, und kann eine häufige Mehrfachreflexion erfahren. Daher können mehr Oberflächenzustände abgetastet werden. Hierdurch läßt sich eine höhere Empfindlichkeit beim Detektieren von Oberflächenzuständen eines zu überwachenden Substrats 12 erzielen.

Um ein optisches Ausbreitungssystem für eine derartige Ausbreitung von Infrarotstrahlung auszubilden, lassen sich verschiedene Anordnungen eines optischen Einfallssystems für die Infrarotstrahlung und eines optischen Austrittssystems überlegen.

Wie beispielsweise in Fig. 40A dargestellt ist, sind eine Infrarotstrahlungsquelle 20, Infrarotstrahlungssammelvorrichtungen 30, 40 und ein Infrarotstrahlungsdetektor 50 so angeordnet, daß Infrarotstrahlung auf das Schrägteil 40 der Vorderoberfläche eines zu überwachenden Substrats 12 einfällt, und Infrarotstrahlung detektiert wird, die durch das Schrägteil 14 der rückwärtigen Oberfläche austritt.

Wie in Fig. 40B gezeigt, ist es möglich, daß ein Halbspiegel 74 in den optischen Einfallsweg der Infrarotstrahlung eingesetzt wird, und daß die Infrarotstrahlungsquelle 20, die Infrarotstrahlungssammelvorrichtungen 30, 40, und der Infrarotstrahlungsdetektor 50 so angeordnet sind, daß angelegte Infrarotstrahlung durch den Halbspiegel 74 geht, um auf ein zu überwachendes Substrat 12 einzufallen, und die austretende Infrarotstrahlung so von dem Halbspiegel 74 reflektiert wird, daß sie dem Infrarotstrahlungsdetektor 50 zugeführt wird.

Wie voranstehend geschildert, bewegt sich gemäß der vorliegenden Ausführungsform Infrarotstrahlung, die auf eine Endoberfläche des zu überwachenden Substrats 12 einfällt, hin und her, wobei sie mehrere Reflexionen innerhalb des zu überwachenden Substrats 12 durchführt, und wird die Infrarotstrahlung, die durch die Oberfläche am Einfallsende austritt, detektiert, um Oberflächenzustände des zu überwachenden Substrats zu überwachen. Hierdurch läßt sich eine höhere Meßempfindlichkeit beim Detektieren von Oberflächenzuständen eines zu überwachenden Substrats 12 erzielen.


Anspruch[de]
  1. 1. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung, welche aufweist:

    eine erste Infrarotstrahlungssammelvorrichtung zum Sammeln von Infrarotstrahlung, die von einer Infrarotstrahlungsquelle ausgesandt wird, auf einem äußeren Umfangsteil eines zu überwachenden Substrats und zum Einführen der Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat,

    eine Einfallswinkelsteuervorrichtung zum Steuern des Einfallswinkels der Infrarotstrahlung, die von der ersten Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gesammelt wurde, und in das zu überwachende Substrat eintritt, auf einen festen vorgeschriebenen Winkel oder variabel;

    eine zweite Infrarotstrahlungssammelvorrichtung zum Sammeln der Infrarotstrahlung, die in dem zu überwachenden Substrat Mehrfachreflexionen erfahren hat, und das zu überwachende Substrat verläßt;

    eine Infrarotstrahlungsdetektorvorrichtung zum Detektieren der Infrarotstrahlen, die von der zweiten Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gesammelt wurden; und

    eine Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung zum Untersuchen der Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungsdetektorvorrichtung detektiert wurde, um Verunreinigungen zu messen, die auf den Oberflächen des zu überwachenden Substrats vorhanden sind.
  2. 2. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfallwinkelsteuervorrichtung den Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die in das zu überwachende Substrat eintritt, so steuert, daß ein Reflexionswinkel der Infrarotstrahlung innerhalb des zu überwachenden Substrats unterhalb eines kritischen Winkels für die Totalreflexion liegt.
  3. 3. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfallswinkelsteuervorrichtung den Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die in das zu überwachende Substrat eintritt, so steuert, daß das Energiereflexionsvermögen der Infrarotstrahlung zum Zeitpunkt des Eintritts in das zu überwachende Substrat unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt.
  4. 4. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung die Verunreinigungen auf der Grundlage eines spektroskopischen Ergebnisses identifiziert, das sich mittels Fourier- Transformations-Spektroskopie ergibt.
  5. 5. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlungsuntersuchungsvorrichtung die Verunreinigungen auf der Grundlage eines spektroskopischen Ergebnisses identifiziert, welches mittels Infrarotspektroskopie unter Verwendung eines Beugungsgitters erhalten wird.
  6. 6. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

    das zu überwachende Substrat ein Paar von Schrägteilen auf Aussenumfangsteilen aufweist, die durch Abschrägung der Kanten gebildet werden, die durch ein Paar von Oberflächen des zu überwachenden Substrats und dessen Aussenumfangsoberfläche gebildet werden, und

    die erste Infrarotstrahlungssammelvorrichtung, die Infrarotstrahlung auf einem der Schrägteile oder beiden Schrägteilen des zu überwachenden Substrats sammelt.
  7. 7. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Substrathalterung vorgesehen ist, die einen Positionssteuermechanismus zum Haltern des zu überwachenden Substrats aufweist, und die Position der Infrarotstrahlung einstellt, welche auf das zu überwachende Substrat einfällt, sowie einen Drehmechanismus zum Drehen des zu überwachenden Substrats.
  8. 8. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Infrarotstrahlungssammelvorrichtung die Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungsquelle ausgesandt wird, auf einen empirischen Brennpunkt oder einen kreisförmigen Brennpunkt sammelt, entlang einem Aussenumfang des zu überwachenden Substrats.
  9. 9. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Infrarotsammelvorrichtung einen Kugelspiegel aufweist, sowie einen empirischen Spiegel, der so angeordnet ist, daß ein Brennpunkt des empirischen Spiegels an einem Brennpunkt des Kugelspiegels liegt;

    die Infrarotstrahlungsquelle an dem einen Brennpunkt des empirischen Spiegels angeordnet ist; und

    die erste Infrarotstrahlungssammelvorrichtung die Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungsquelle ausgesandt wird, auf dem anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels sammelt.
  10. 10. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Infrarotstrahlungssammelvorrichtung einen Kugelspiegel aufweist, sowie einen empirischen Spiegel, der so angeordnet ist, daß ein Brennpunkt des empirischen Spiegels an einem Brennpunkt des Kugelspiegels angeordnet wird;

    das zu überwachende Substrat so angeordnet ist, daß eine Austrittsendoberfläche des zu überwachenden Substrats, durch welche die Infrarotstrahlung austritt, an dem einen Brennpunkt des empirischen Spiegels liegt; und

    die zweite Infrarotstrahlungssammelvorrichtung die Infrarotstrahlung, welche das zu überwachende Substrat verläßt, auf dem anderen Brennpunkt des empirischen Spiegels sammelt.
  11. 11. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Infrarotstrahlungssammelvorrichtung ein Paar reflektierender Spiegel aufweist, die einander gegenüberliegend mit einem Spalt dazwischen an einer Seite des zu überwachenden Substrats angeordnet sind, wobei dieser Spalt kleiner ist als der Spalt zwischen ihnen auf der Seite der Infrarotstrahlungsdetektorvorrichtung.
  12. 12. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein reflektierender Spiegel vorgesehen ist, der an einer Endoberfläche des zu überwachenden Substrats entgegengesetzt zu dessen Endoberfläche angeordnet ist, auf welche die Infrarotstrahlung einfällt, wobei der reflektierende Spiegel die Infrarotstrahlung, die das zuüberwachende Substrat verläßt, reflektiert und die Infrarotstrahlung erneut in das zu überwachende Substrat einführt.
  13. 13. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zu überwachende Substrat ein Substrat ist, welches ein Paar im wesentlichen paralleler, polierter Oberflächen aufweist.
  14. 14. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlungsquelle eine Lichtquelle zum Aussenden von Infrarotstrahlung oder Strahlung im nahen Infrarot aufweist, sowie ein optisches System zur Umwandlung von Licht, welches von der Lichtquelle ausgesandt wird, in im wesentlichen parallele Strahlen.
  15. 15. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zu überwachende Substrat ein Substrat ist, bei welchem die Infrarotstrahlung in dem zu überwachenden Substrat mehr als 300 mal reflektiert wird.
  16. 16. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zu überwachenden Substrat vorher eine bestimmte Bearbeitung durchgeführt wird, hinterher eine bestimmte Bearbeitung durchgeführt wird, oder eine bestimmte Bearbeitung durchgeführt wird.
  17. 17. Oberflächenzustandsüberwachungseinrichtung, welche aufweist:

    einen ersten Infrarotstrahlungssammler zum Sammeln von Infrarotstrahlung, die von einer Infrarotstrahlungsquelle ausgesandt wird, auf einem Aussenumfangsteil eines zu überwachenden Substrats, und zum Einführen der Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat;

    eine Einfallswinkelsteuerung zum Steuern des Einfallswinkels der Infrarotstrahlung, die von der ersten Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gesammelt wurde, und in das zu überwachende Substrat eintritt, auf einen festen vorbestimmten Wert, oder variabel;

    einen zweiten Infrarotstrahlungssammler zum Sammeln der Infrarotstrahlung, die Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat erfahren hat, und dieses verläßt;

    einen Infrarotstrahlungsdetektor zum Detektieren der Infrarotstrahlung, die von der zweiten Infrarotstrahlungssammelvorrichtung gesammelt wurde; und

    einen Infrarotstrahlungsanalysator zum Untersuchen der Infrarotstrahlung, die von der Infrarotstrahlungsdetektorvorrichtung detektiert wurde, um Verunreinigungen zu messen, die auf den Oberflächen des zu überwachenden Substrats vorhanden sind.
  18. 18. Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren mit folgenden Schritten:

    Sammeln von Infrarotstrahlung auf einem Aussenumfangsteil eines zu überwachenden Substrats, wobei der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung auf einen erforderlichen Wert festgesetzt wird oder geändert wird, um die Infrarotstrahlung durch das Aussenumfangsteil in das zu überwachende Substrat einzuführen;

    Detektieren der Infrarotstrahlung, die innere Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat erfahren hat, und dieses verlassen hat; und

    Untersuchung der detektierten Infrarotstrahlung, um Verunreinigungen zu messen, die auf den Oberflächen des zu überwachenden Substrats vorhanden sind.
  19. 19. Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren mit folgenden Schritten:

    Sammeln von Infrarotstrahlung an einem Aussenumfangsteil eines zu überwachenden Substrats, Scannen von Einfallswinkeln in einem vorbestimmten Bereich, um die Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat durch das Aussenumfangsteil einzuführen;

    Detektieren der Infrarotstrahlung, die innere Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat erfahren hat, und dieses verlassen hat; und

    Untersuchung der detektierten Infrarotstrahlung, um Verunreinigungen zu messen, die auf den Oberflächen des zu überwachenden Substrats vorhanden sind.
  20. 20. Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Infrarotstrahlung, die das zu überwachende Substrat verlassen hat, Fourier-Transformations-Spektroskopie durchgeführt wird, und die Verunreinigungen auf der Grundlage des spektroskopischen Ergebnisses identifiziert werden.
  21. 21. Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Infrarotstrahlung, die das zu überwachende Substrat verlassen hat, Spektroskopie unter Verwendung eines Beugungsgitters durchgeführt wird, und die Verunreinigungen auf der Grundlage des spektroskopischen Ergebnisses identifiziert werden.
  22. 22. Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren mit folgenden Schritten:

    Sammeln von Infrarotstrahlung auf einem Aussenumfangsteil eines zu überwachenden Substrats, wobei der Einfallswinkel auf einen vorbestimmten Wert festgesetzt oder geändert wird, um die Infrarotstrahlung durch das Aussenumfangsteil in das zu überwachende Substrat einzuführen;

    Detektieren der Infrarotstrahlung, die in dem zu überwachenden Substrat Mehrfachreflexionen erfahren hat, und das zu überwachende Substrat verlassen hat; und

    Vergleichen der Intensität der detektierten Infrarotstrahlung mit einer Bezugsintensität, und Beurteilung, ob das zu überwachende Substrat gut ist oder nicht auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses.
  23. 23. Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren mit den folgenden Schritten:

    Sammeln von Infrarotstrahlung auf einem Aussenumfangsteil eines zu überwachenden Substrats, wobei der Einfallswinkel auf einen vorbestimmten Wert festgesetzt wird, oder geändert wird, um die Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat durch das Aussenumfangsteil einzuführen;

    selektives Detektieren jener Infrarotstrahlung, die innere Mehrfachreflexionen in dem zu überwachenden Substrat erfahren hat, und dieses verlassen hat, und in einem Wellenlängenbereich liegt, welcher einer Molekülschwingung einer bestimmten Verunreinigung entspricht; und

    Berechnung der Menge der bestimmten Verunreinigung, die auf den Oberflächen des zu überwachenden Substrats vorhanden ist, auf der Grundlage der Intensität der detektierten Infrarotstrahlung.
  24. 24. Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel der Infrarotstrahlung, die auf das zu überwachende Substrat einfällt, in einem Bereich gesteuert wird, in welchem ein Reflexionswinkel der Infrarotstrahlung in dem zu überwachenden Substrat größer als 0° ist, und nicht größer als der kritische Winkel für Totalreflexion.
  25. 25. Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel der auf das zu überwachende Substrat einfallenden Infrarotstrahlung in einem Bereich gesteuert wird, in welchem das Energiereflexionsvermögen der Infrarotstrahlung zu dem Zeitpunkt, an welchem sie in das zu überwachende Substrat eintritt, unterhalb eines vorbestimmten Winkels liegt.
  26. 26. Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlung dazu veranlaßt wird, in das zu überwachende Substrat einzutreten, durch ein Schrägteil oder beide eines Paares von Schrägteilen auf dem Aussenumfangsteil, die durch Abschrägung der Ränder ausgebildet werden, die durch ein Paar von Oberflächen des zu überwachenden Substrats und dessen Aussenumfangsoberfläche ausgebildet werden.
  27. 27. Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlung, die in das zu überwachende Substrat hineingelangt ist, sich in dem zu überwachenden Substrat hin- und herbewegt, das zu überwachende Substrat durch eine Endoberfläche verläßt, durch welche die Infrarotstrahlung hineingelangt ist, und detektiert wird.
  28. 28. Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren nach einem der Ansprühe 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das zu überwachende Substrat ein Substrat ist, welches ein Paar im wesentlichen paralleler, polierter Oberflächen aufweist.
  29. 29. Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Position einer Substrathalterung zum Halten des zu überwachenden Substrats so gesteuert wird, daß die Infrarotstrahlungsmenge, die detektiert wird, nachdem die Infrarotstrahlung innere Mehrfachreflexionen in dem zu überwachende Substrat erfahren hat, maximal ist.
  30. 30. Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das zu überwachende Substrat mehrfach überwacht wird, und gedreht wird, um im wesentlichen sämtliche Oberflächen des zu überwachenden Substrats zu überwachen.
  31. 31. Oberflächenzustandsüberwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlung auf einen empirischen Brennpunkt oder einen kreisförmigen Brennpunkt gesammelt wird, so daß sie auf das zu überwachende Substrat einfällt.






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