DE10060900A1 - Oberflächenzustands-Überwachungsverfahren und Gerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Oberflächenzustands-Überwachungsgerät mit einem optischen Eintrittssystem (16) zum Einführen von Infrarotstrahlung in ein zu untersuchendes Substrat (12), ein optisches Detektionssystem (30) zum Detektieren von Infrarotstrahlung, die in dem zu untersuchenden Substrat mehrere Reflexionen durchlaufen hat und von dem zu untersuchenden Substrat ausgetreten ist, eine Oberflächenzustands-Überwachungsvorrichtung (38) zum Überwachen eines Oberflächenzustands des zu untersuchenden Substrats auf der Grundlage der durch das optische Detektionssystem detektierten Infrarotstrahlung, eine Positionsdetektionsvorrichtung (17) zum optischen Detektieren einer Position des zu untersuchenden Substrats und eine Steuervorrichtung (28) zum Steuern einer Position und eines Winkels, bei der bzw. unter den die Infrarotstrahlung in das zu untersuchende Substrat eintritt, und zwar gemäß der Position des zu untersuchenden Substrats, die durch das Positionsdetektionssystem detektiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Oberflächenzustands- Überwachungsverfahren und Gerät zum Durchführen einer in situ Überwachung von Oberflächenzuständen bei Halbleitersubtraten durch Infrarot-Spektroskopie bei dem Herstellungsort der Halbleitereinrichtungen.

Zahlreiche Anforderungen bei Herstellungsorten von Halbleitereinrichtungen erfordern Oberflächenzustände der Halbleitersubtrate, die genau erfasst sind.

Beispielsweise im Gebiet von halbleiter-integrierten Schaltungen für Speichereinrichtungen, beispielsweise DRAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff), und so weiter, und bei Logikeinrichtungen, ist es zum Bilden eines Gate- Isolationsfilms mit einer Dielektrikumsdurchbruchspannung mit einem erforderlichen Wert sehr wichtig, dass die Oberflächenzustände eines Halbleitersubtrats verwaltet bzw. geführt werden. Da eine Einrichtung eine höhere Integration aufweist, wird der Gate-Isolierfilm im Zeitpunkt der Herstellung dünner ausgebildet, und die Einrichtung hat einen Entwurf derart, dass die Funktion zum Isolieren eines elektrischen Felds (ungefähr 4 × 10⁶ V/cm) eines MOS (Metalloxid-Halbleiter) FET (Feldeffekttransistors) betriebsgemäss einen kleinen Randabstand aufweist. Allgemein wird ein Gate-Isolierfilm durch thermische Oxidation gebildet. Bei Bilden eines Gate-Isolierfilms durch thermische Oxidation besteht im Fall eines Vorliegens einer Oberflächenverunreinigung - beispielsweise einer Metallverunreinigung, einer chemischen Verunreinigung, einer organischen Verunreinigung oder anderer - ein Risiko dahingehend, dass ein dielektrischer Durchschlag des gebildeten Gate-Isolierfilms induziert werden kann. Es ist bekannt, dass dann, wenn organische Verunreinigungen auf den Substratoberflächen nach dem Bilden des Gate- Isolierfilms zurückbleiben, dies im Ergebnis zu einer Isolierverschlechterung führt.

Plasmaätzen wird allgemein in Schritten zum Mustern der Einrichtungsstrukturen verwendet. Bei dem Plasmaätzprozess ist es zum Festlegen optimaler Plasmaätzbedingungen und zum Detektieren des Endpunkts des Plasmaätzvorgangs sehr wirksam, Adsorptionszustände, chemische Bondzustände, Strukturen und Dicken der Reaktionsschichten usw. gemäss den Oberflächenzuständen Halbleiterwafer zu kennen. Der Plasmaätzprozess wird bestimmt durch die dynamische Balance der Adsorption, der Reaktion und der Eliminierprozesse zwischen Einbrüchen (Engl.: in flux) von Radikalionen und so weiter, die in Gasphase zugeführt werden, und Abflüssen (Engl.: out flux) von den Halbleiterwaferoberflächen.

Seit kurzem sind Halbleitereinrichtungen mehr und mehr mit Elementen im Mikrometerbereich oder miniaturisiert ausgebildet, und sie werden zunehmend dreidimensional ausgebildet. Hierdurch ist es schwierig, dass Reinigungslösungen in Mikrometergebiete oder steile Stufen eindringen oder dort ersetzt werden. Im Hinblick auf auf die künftige weitere Miniaturisierung ist ein Trockenreinigen zu erwähnen. Beispielsweise ist zum Entfernen organischer Verschmutzungen, die auf Halbleiterwafern verbleiben, eine Reaktion mit Ozon und Sauerstoff - erregt durch UV-Strahlung - wirksam. Sauerstoffmoleküle werden in Sauerstoffatome durch Licht unterhalb einer Wellenlänge von 242 nm aufgelöst. Die organischen Verschmutzungen werden durch die Sauerstoffatome oxidiert und in H₂O, O₂, CO, CO₂, usw. mit hohen Dampfdrücken gelöst. Organische Verbindungen wie C-C, C-H, C-O, usw. lassen sich durch UV-Strahlung auflösen. Demnach ist die Kenntnis über Oberflächenzustände der Halbleiterwafer auch für die Steuerparameter für das Trockenreinigen sehr wichtig, beispielsweise einem optimalen Umfang an Strahlung, einer Wellenlänge, einer Sauerstoffmenge, usw.

Natürliche Oxidfilme, die auf den Oberflächen der Halbleiterwafer gebildet sind, sind bei Einrichtungen nicht nützlich, da sich ihre Dicke nicht steuern lässt. Demnach ist es vorzuziehen, dass dann, wenn eine Einrichtung auf einem Halbleiterwafer hergestellt wird, natürliche Oxidfilme auf dem Siliziumsubstrat entfernt werden, und Siliziumbindungen auf der Oberfläche mit Wasserstoff zum Stabilisieren der Oberflächen des Halbleiterwafers abgeschlossen werden. Der Grund hierfür besteht darin, dass sich Wasserstoff mit relativ niedriger Temperatur bei ungefähr 500° eliminieren lässt, und der Abschluss mit Wasserstoff einen relativ geringen Einfluss auf die nachfolgenden Prozesse ausübt. Die meisten der Siliziumatome auf der Oberfläche eines Halbleiterwafers, die einer UV-Ozonreinigung und einem Wasserstoff- Fluoridätzen unterzogen werden, werden mit Wasserstoff terminiert, und Si = H₂ und Si-H wird gebildet. Demnach lassen sich dann, wenn sich bei einem Zustand des Terminierens mit Wasserstoff bei Halbleiterwaferoberflächen eine Temperaturabhängigkeit bei der Elimination mit abschließendem Wasserstoff beobachten lässt, die Halbleiterwaferoberflächen bei Beginn der Halbleiterverarbeitung in einem geeigneten Zustand halten. Höhere Qualität und höhere Ausbeute lassen sich erwarten.

Demnach ist es sehr wichtig, einen Oberflächenzustand eines Halbleiterwafers bei einem Herstellungsprozess einer Halbleitereinrichtung zu erkennen, und zahlreiche Überwachungsverfahren und Geräte wurden vorgeschlagen und lokal praktisch umgesetzt.

Eine Vorrichtung zum Überwachen eines Oberflächenzustands eines Halbleiterwafers anhand einer internen mehrfachen Reflexion von Intrarotstrahlung wird beispielsweise bereitgestellt durch das FT-IR (Fourier Transformations- Infrarot-Spektroskopie) Gerät für den speziellen Einsatz, wie es durch Perkin-Elmer Co., U. S. A., vermarktet wird. Für weitere Anwendungen der Vorrichtung vermarktet beispielsweise Graseby Specac Limited zahlreiche Zusatzgeräte.

Bei dem üblichen Oberflächenzustands-Überwachungsverfahren, das diese Vorrichtung einsetzt, wie beispielhaft in Fig. 12A dargestellt, wird ein zu überwachendes Substrat 102 in beispielsweise einen 40 mm × 10 mm Streifen geschnitten, und von einer Infrarotstrahlungsquelle 104 emittierte Infrarotstrahlung wird durch das zu überwachende Substrat 102 zum Überwachen der Zustände der Substratoberflächen geführt. Wie beispielhaft in Fig. 12B gezeigt, weist das zu untersuchende Substrat 102 ein kegelförmiges Ende auf, und Infrarotstrahlung liegt bei den Endoberflächen des zu untersuchenden Substrats 102 vor, um eine mehrfache Reflexion innerhalb des Substrats zu durchlaufen, wodurch sich ein Oberflächenzustand des Substrats überwachen lässt. Wie in Fig. 12C gezeigt, liegt andernfalls Infrarotstrahlung an einem zu untersuchenden Substrat über ein Prisma 106 an, das oberhalb dem Substrat angeordnet ist, damit eine mehrfache Reflexion innerhalb des Substrats auftritt, wodurch ein Oberflächenzustand des Substrats überwacht wird.

Das Grundprinzip zum Überwachen eines Oberflächenzustands eines Substrats durch Anwenden von Infrarotstrahlung an ein Substrat zum Bewirken der Tatsache, dass die Infrarotstrahlung eine mehrfache Reflexion innerhalb des Substrats durchläuft, besteht darin, dass Spektren von Frequenzkomponenten mit gedämpften Wellen (bzw. Wellen mit herabgesetzter kritischer Frequenz, Engl.: evanescent waves), die dann durchsickern, wenn Licht an den Substratoberflächen reflektiert wird, dann resonanz­ absorbiert werden, wenn sie mit den molekularen Schwingungsfrequenzen der organischen Verbindungen auf den Substratoberflächen übereinstimmen, und sie werden gemessen, wodurch sich Art und Umfang der organischen Verschmutzungen bestimmen lassen. Das Grundprinzip weist auch eine Funktion dahingehend auf, dass Information im Zusammenhang mit organischen Verunreinigungen auf den Substratoberflächen allmählich exakter wird. Ein Signal zu Rauschverhältnis (S/N) Abstand) lässt sich ebenfalls verbessern.

Jedoch erfordern diese Überwachungsverfahren das Schneiden des zu überwachenden Substrats in Streifen, und zusätzlich ein Bearbeiten eines zu überwachenden Substrats oder das Anordnen eines Prismas oberhalb eines zu überwachenden Substrats. Diese Überwachungsverfahren sind nicht für die in situ Überwachung an der Stelle der Herstellung der Halbleitereinrichtungen verwendbar.

Verfahren zum Überwachen organischer Verschmutzungen auf Halbleitersubtraten sind als thermische Desorption bekannt GC/MS (Gaschromatographie/Massenspektroskopie), sowie APIMS (Atmosphärendruck-Ionenmassenspektroskopie), TDS (Thermische Desorptionsspektroskopie), usw. Jedoch eignen sich diese Verfahren nicht für die in situ Überwachung an der Stelle der Herstellung der Halbleiter aufgrund der Tatsache, dass dieses Verfahren nicht direkt große Wafer von beispielsweise 300 mm Durchmesser beobachten kann, deren Entwicklung erwartet wird, sowie der Anforderung für eine Vakuumumfeldatmosphäre, und sie weisen einen geringen Durchsatz auf, und zudem gibt es weitere Gründe.

Wie oben beschrieben, sind die oben beschriebenen üblichen Oberflächenzustands-Überwachungsverfahren nicht bei der in situ Überwachung an Ort und Stelle bei der Herstellung von Halbleitereinrichtungen verwendbar, da das Überwachen durch diese Verfahren zerstörend ist oder diese Verfahren sich nicht zum Überwachen großer Halbleiterwafer eignen. Es werden Oberflächenzustands-Überwachungsverfahren und -Geräte erwartet, die die in situ Überwachung der Substratoberflächen an Ort und Stelle bei der Herstellung der Halbleitereinrichtungen ermöglichen, sowie das Überwachen von großen Wafern.

Ein technisches Problem der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Oberflächenzustands- Überwachungsverfahrens, das - bei der Stelle der Herstellung einer Halbleitereinrichtung - eine in situ Überwachung des Oberflächenzustands eines zu überwachenden Substrats durch Infrarotstrahlungs-Spektroskopie mit interner Mehrfachreflexion ermöglicht.

Das oben beschriebene technische Problem wird erzielt durch ein Oberflächenzustands-Überwachungsgerät, enthaltend ein optisches Eintrittssystem zum Einführen von Infrarotstrahlung in ein zu überwachendes Substrat; ein optisches Detektionssystem zum Detektieren der Infrarotstrahlung, die Mehrfachreflexionen innerhalb des zu überwachenden Substrats durchläuft und das zu überwachende Substrat verlässt; eine Oberflächenzustands- Überwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Oberflächenzustands einer Oberfläche eines zu überwachenden Substrats auf der Grundlage einer durch das optische Detektionssystem detektierten Infrarotstrahlung; eine Positionsdetektionsvorrichtung zum optischen Detektieren einer Position des zu überwachenden Wafers; und eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Position und eines Winkels, mit dem die Infrarotstrahlung bei dem zu überwachenden Substrat eintritt, gemäss der Position des zu überwachenden Substrats, die durch die Positionsdetektionsvorrichtung detektiert wird. Eine Positionsdeflektion bzw. Abweichung eines zu untersuchenden Substrats wird detektiert, und eine Position und ein Winkel der Infrarotstrahlungsquelle lässt sich schnell angleichen, und zwar gemäss der Positionsablenkung des zu untersuchenden Substrats, wodurch Infrarotstrahlung an der geneigten Fläche des zu untersuchenden Substrats bei einer geeigneten Position und mit geeignetem Winkel vorliegen kann, ohne dass ein Einfluss über alle Stufen als Ganzes auftritt, und ein interner Reflexionswinkel lässt sich zu einem geeigneten Winkel steuern. Demnach lässt sich die Zeit der Gesamtreflexionen innerhalb des zu untersuchenden Substrats geeignet steuern, und demnach lässt sich ein Oberflächenzustand des zu untersuchenden Substrats mit hoher Genauigkeit überwachen.

Bei dem oben beschriebenen Oberflächenzustands- Überwachungsgerät ist vorzuziehen, dass die Steuervorrichtung das optische Eintrittssystem steuert, um hierdurch eine Position und einen Winkel zu steuern, mit dem die Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat eintritt.

Bei dem oben beschriebenen Oberflächenzustands- Überwachungsgerät ist vorzuziehen, dass die Steuervorrichtung die Waferbefestigung zum Angleichen einer Position des zu überwachenden Substrats steuert, um hierdurch eine Position und einen Winkel zu steuern, mit dem die Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat eintritt.

Bei dem oben beschriebenen Oberflächenzustands- Überwachungsgerät ist vorzuziehen, dass die Positionsdetektionsvorrichtung oberhalb eines Umfangrands des zu überwachenden Substrats angeordnet ist und eine erste Strahlungsquelle zum Anlegen einer ersten Strahlung an einen Umfangsrand des zu überwachenden Substrats enthält, sowie einen ersten Fotodetektor, der entgegengesetzt zu der ersten Strahlungsquelle quer zu dem Umfangsrand des zu überwachenden Substrats angeordnet ist, zum Detektieren der ersten Strahlung; und die Positionsdetektionsvorrichtung eine Position des zu überwachenden Substrats entlang der horizontalen Richtung detektiert, und zwar auf der Grundlage einer Strahlungsposition, die durch den ersten Fotodetektor detektiert wird.

Bei dem oben beschriebenen Oberflächenzustands- Überwachungsgerät ist vorzuziehen, dass die Positionsdetektionsvorrichtung eine zweite Strahlungsquelle enthält, zum Anlegen einer zweiten Strahlung zu dem Umfangsrand des zu untersuchenden Substrats, sowie einen zweiten Fotodetektor zum Detektieren der zweiten von dem Umfangsrand reflektierten Strahlung; und der zweiten durch den Umfangsrand detektierten Strahlung; und die Positionsdetektionsvorrichtung eine Vertikalposition des zu untersuchenden Substrats detektiert, auf der Grundlage einer Position der Strahlung, die durch den zweiten Fotodetektor detektiert wird.

Bei dem oben beschriebenen Oberflächenzustands- Überwachungsgerät ist vorzuziehen, dass die erste Strahlungsquelle und/oder die zweite Strahlungsquelle die erste Strahlung und/oder die zweite Strahlungsquelle bei einem Gebiet mit einer Position für Infrarotstrahlung für den Eintritt in das zu überwachende Substrat anwendet.

Bei dem oben beschriebenen Oberflächenzustands- Überwachungsgerät ist vorzuziehen, dass die erste Strahlungsquelle und/oder die zweite Strahlungsquelle die erste Strahlung und/oder die zweite Strahlung um eine Position für Infrarotstrahlung für den Eintritt in das zu untersuchende Substrat herum führt bzw. leitet.

Bei dem oben beschriebenen Oberflächenzustands- Überwachungsgerät ist vorzuziehen, dass die Positionsdetektionsvorrichtung optisch eine Position des zu überwachenden Substrats bei mehreren Positionen entlang dem Umfangsrand des zu überwachenden Substrats detektiert.

Bei dem oben beschriebenen Oberflächenzustands- Überwachungsgerät ist vorzuziehen, dass die erste Strahlung und/oder die zweite Strahlung Strahlung mit einer Wellenlänge unterschiedlich zu den Wellenlängen der Infrarotstrahlung ist.

Bei dem oben beschriebenen Oberflächenzustands- Überwachungsgerät ist vorzuziehen, dass der erste Fotodetektor und/oder der zweite Fotodetektor in eindimensionaler oder zweidimensionaler Weise eine Position des zu untersuchenden Substrats detektiert.

Das oben beschriebene technische Problem wird gelöst durch ein Oberflächenzustands-Überwachungsverfahren zum Überwachen eines Oberflächenzustands eines zu untersuchenden Substrats durch Einführen von Infrarotstrahlung in das zu untersuchende Substrat, durch Detektieren der Infrarotstrahlung, die Mehrfachreflexionen in dem zu untersuchenden Substrat durchlaufen hat und die von dem zu untersuchenden Substrat ausgetreten ist, sowie Analysieren der detektierten Infrarotstrahlung, derart, dass eine Position des zu untersuchenden Substrats optisch detektiert wird und eine Position und ein Winkel, mit der bzw. dem die Infrarotstrahlung bei dem zu untersuchenden Substrat eintritt, gemäss der detektierten Position des zu untersuchenden Substrats gesteuert wird. Eine Positionsabweichung des zu untersuchenden Substrats wird detektiert, und eine Position und ein Winkel der Infrarotstrahlungsquelle lässt sich schnell gemäss der Positionsabweichung des zu untersuchenden Substrats angleichen, wodurch Infrarotstrahlung bei der geneigten Fläche an dem zu untersuchenden Substrat bei einer geeigneten Position und mit einem geeigneten Winkel eintreten bzw. vorliegen kann, ohne dass sämtliche Schritte als Ganzes beeinflusst werden, und ein interner Reflexionswinkel lässt sich zu einem geeigneten Winkel steuern. Demnach lässt sich eine Zahl der Gesamtreflexionen innerhalb des zu untersuchenden Substrats geeignet steuern, und somit lässt sich ein Oberflächenzustand des zu überwachenden Substrats mit hoher Genauigkeit überwachen.

Bei dem oben beschriebenen Oberflächenzustands- Überwachungsverfahren ist es vorzuziehen, dass dann, wenn die Überwachung mehrfach unter Drehung des zu untersuchenden Substrats zum Überwachen einer Oberfläche des zu untersuchenden Substrats wiederholt wird, und zwar im wesentlichen über die gesamte Oberfläche, vor dem jeweiligen Überwachen eine Position des zu untersuchenden Substrats optisch detektiert wird, und eine Position und ein Winkel der bei dem zu untersuchenden Substrat einzuführende Infrarotstrahlung gemäss der detektierten Position des zu untersuchenden Substrats gesteuert wird.

Wie oben beschrieben, lässt sich gemäss der vorliegenden Erfindung eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers detektieren, und eine Position und ein Winkel der Infrarotstrahlungsquelle lässt sich schnell gemäss der Positionsabweichung des Halbleiterwafers angleichen. Demnach kann gemäss der vorliegenden Erfindung Infrarotstrahlung bei der geneigten Fläche des Halbleiterwafers bei einer geeigneten Position und mit einem geeigneten Winkel eintreten bzw. vorliegen, wodurch sich ein internen Reflexionswinkel geeignet steuern lässt. Demnach lässt sich gemäss der vorliegenden Erfindung eine Wiederholungszahl der Gesamtreflexionen in einem Halbleiterwafer geeignet steuern, wodurch sich die Oberflächenzustände des Halbleiterwafers mit hoher Genauigkeit überwachen lassen.

Weiterhin lassen sich gemäss der vorliegenden Erfindung eine Position und ein Winkel der Infrarotstrahlungsquelle schnell angleichen, gemäss einer Positionsabweichung eines Halbleiterwafers, wodurch selbst in dem einen Fall, in dem ein Halbleiterwafer zum Überwachen im wesentlichen der gesamten Oberflächen hiervon im Hinblick auf organische Verschmutzungen und chemische Verschmutzungen hiervon gedreht wird, der Durchsatz sämtlicher Schritte als Ganzes unbeeinflusst bleibt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Oberflächenzustands-Überwachungsgeräts gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht zum Darstellen der Konfiguration eines 300-mm-Wafers gemäss den SEMI-Standards;

Fig. 3 eine Ansicht zum Darstellen der Form des Umfangsrands eines 300-mm-Wafers gemäss den SEMI- Standards;

Fig. 4 eine Konzeptansicht zum Darstellen der Beziehungen zwischen dem Eintrittswinkeln der Infrarotstrahlung und den internen Reflexionswinkeln hiervon;

Fig. 5 einen Graphen der Beziehungen zwischen den internen Reflexionswinkeln und den Eintrittswinkeln;

Fig. 6 einen Graphen der Beziehungen zwischen den internen Reflexionswinkeln und den internen Reflexionszeiten;

Fig. 7 einen Graphen der Beziehung zwischen den internen Reflexionswinkeln und der internen Reflexionswinkel-Reflexion;

Fig. 8 eine schematische Ansicht des Oberflächenzustands-Überwachungsgeräts gemäss einer Variation (Teil 1) der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 eine schematische Ansicht des Oberflächenzustands-Überwachungsgeräts gemäss einer Variation (Teil 2) der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 eine schematische Ansicht des Oberflächenzustands-Überwachungsgeräts gemäss einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine schematische Ansicht des Oberflächenzustands-Überwachungsgeräts gemäss einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 12A bis 12C schematische Ansichten zum Erläutern des üblichen Oberflächenzustands-Überwachungsgeräts und Verfahrens.

Wie oben beschrieben, sind die üblichen und oben beschriebenen Oberflächenzustands-Überwachungsverfahren nicht bei der in situ Überwachung an Ort und Stelle der Herstellung von Halbleitereinrichtungen verwendbar, da das Überwachen gemäss diesem Verfahren zerstörend bzw. destruktiv ist oder sich diese Verfahren nicht zum Überwachen großer Halbleiterwafer eignen. Es werden Oberflächenzustands-Überwachungsverfahren und -Geräte erwartet, die die in situ Überwachung der Substratoberflächen an Ort und Stelle der Halbleitereinrichtungsherstellung ermöglichen, sowie das Überwachen großer Wafer gestatten.

Im Hinblick auf die obigen Zielsetzungen haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung bereits ein Detektionsverfahren für organische Verschmutzungen vorgeschlagen, bei dem eine Wafer-Innen-Mehrfachreflexions-Fouriertransformations- Infrarotspektroskopie verwendet wird (siehe beispielsweise die Beschreibung der japanischen Patentanmeldung Nr. 958953/1999). Erfolgt die Anwendung der Infrarotstrahlung auf ein Ende eines Wafers bei einem spezifischen Eintrittswinkel bzw. Vorlagewinkel, so schreitet die Infrarotstrahlung innerhalb des Wafers fort, unter Wiederholung von mehreren Reflexionen an beiden Oberflächen. Die Infrarotstrahlung durchquert die Oberflächen des Wafers (gedämpfte Wellen, Engl.: loanescent waves) und ein Teil des Infrarotspektrums wird durch die auf den Oberflächen vorliegenden organischen Verschmutzungen absorbiert. Die bei dem anderen Ende des Wafers durchgeleitete Infrarotstrahlung wird einer spektroskopischen Analyse durch FT-IR unterzogen, um hierdurch die auf den Oberflächen des Wafers vorliegenden organischen Verschmutzungen zu detektieren und identifizieren. Dieses Überwachensverfahren weist eine Empfindlichkeit gleich zu GC/MS auf, und zusätzlich hierzu erfolgt das Überwachen in Echtzeit und in einfacher und wirtschaftlicher Weise.

Bei dem in der Beschreibung der japanischen Patentanmeldung Nr. 95853/1999 beschriebenen Oberflächenzustands- Überwachungsverfahren wird die Versatzform eines Wafers zum Induzieren von Infrarotstrahlung in den Wafer bei den geneigten Flächen des Umfangrands des Wafers verwendet. Jedoch ist es nicht erforderlich, den Halbleiterwafer selbst zu bearbeiten, was die in situ Überwachung im Rahmen des Prozesses zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung ermöglicht.

Bei dem in der Beschreibung der japanischen Patentanmeldung Nr. 95853/1999 beschriebenen Oberflächenzustands- Überwachungsverfahren ist es wichtig, dass Infrarotstrahlung bei einem geneigten Teil eines Halbleiterwafers bei einer geeigneten Position und mit geeignetem Winkel eintritt. Sofern nicht Infrarotstrahlung bei dem geneigten Teil mit geigneter Position und geeignetem Winkel eintritt, variiert die Zahl der Gesamtreflexionen der Infrarotstrahlung innerhalb des Halbleiterwafers, was zu einer Überwachungsempfindlichkeitsschwankung führt.

Jedoch war es tatsächlich schwierig, Infrarotstrahlung bei der geneigten Fläche des Umfangsrands des Halbleiterwafers bei einer geeigneten Position und bei einem geeigneten Winkel anzuwenden. Es sei beispielsweise der Fall berücksichtigt, dass ein Betreiber durch eine Eich- bzw. Messvorrichtung ein Gebiet der geneigten Oberflächen des Halbleiterwafers mit einer bestimmten Neigung findet und dass Infrarotstrahlung auf dieses Gebiet angewandt wird. Dies beeinflusst in nicht praktischer Weise einen Durchsatz sämtlicher Schritte als Ganzes.

Zum Überwachen organischer Verschmutzungen und chemischer Verschmutzungen auf im wesentlichen der gesamten Oberfläche eines Halbleiterwafers muss der Halbleiterwafer gedreht werden, jedoch führt eine lediglich geringe Abweichung der Drehachse zu einer Abweichung der Position des Umfangrands des Halbleiterwafers im Hinblick auf die Infrarotstrahlung. Entsteht eine Abweichung der Position des Umfangsrands des Halbleiterwafers, so ist der Halbleiterwafer erneut zu positionieren. Dies ist ein Faktor für das weitere Herabsetzen eines Durchsatzes sämtlicher Schritte als Ganzes.

Eine Technik zum Anwenden von Infrarotstrahlung auf eine geneigte Fläche eines Halbleiterwafers bei einer geeigneten Position und mit einem geeigneten Winkel ohne Einfluss auf den Durchsatz sämtlicher Schritte als Ganzes wird seit langem erwartet.

Das Oberflächenzustands-Überwachungsgerät und -Verfahren gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die Fig. 1 erläutert. Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht des Oberflächenzustands-Überwachungsgeräts gemäss der vorliegenden Ausführungsform.

Oberflächenzustands-Überwachungsgerät:
Ein allgemeiner Aufbau des Oberflächenzustands- Überwachungsgeräts gemäss der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die Fig. 1 beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält das Oberflächenzustands- Überwachungsgerät gemäss der vorliegenden Erfindung eine Substratbefestigung 10 zum Befestigen eines Halbleiterwafers 12, eine Infrarotstrahlungsquelle 16 zum Emittieren von Infrarotstrahlung, eine Positionsdetektionsvorrichtung 17 zum Detektieren einer Positionsabweichung des Halbleiterwafers 12, einen Infrarotstrahlungsquellen-Steuermechanismus 28 zum Steuern einer Position und eines Winkels der Infrarotstrahlungsquelle 16, eine Infrarotstrahlungs- Konvergenzvorrichtung 30 zum Konvergieren der Infrarotstrahlung, die den Halbleiterwafer 12 erregt hat, und zwar nach mehrfacher Reflexionen innerhalb des Halbleiterwafers 12, zum Anlegen der Infrarotstrahlung an einen Infrarotstrahlungstrahlungsdetektor 38, und den Infrarotstrahlungsdetektor 38 zum Detektieren der Infrarotstrahlung von der Infrarotstrahlungs- Konvergenzvorrichtung 30.

Die Positionsdetektionsvorrichtung 17 enthält zwei Laserstrahlquellen 18, 22, zwei lineare CCD (Engl.: Charge Coupled Device, ladungsgekoppelte Einrichtung) Sensoren 20, 24 und eine Berechnungseinheit 26. Die Positionsdetektionsvorrichtung 17 ist mit dem Infrarotstrahlungsquellen-Steuermechanismus 28 verbunden. Der Infrarotstrahlungs-Steuermechanismus 28 bewirkt ein Angleichen einer Position und eines Winkels der Infrarotstrahlungsquelle 16 gemäss einer Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12, die durch die Positionsdetektionsvorrichtung 17 detektiert wird.

Die durch die Infrarotstrahlungs-Konvergenzvorrichtung 30 gebündelte Infrarotstrahlung wird bei dem Infrarotstrahlungsdetektor 38 über ein Spektroskop 36 angewandt. Der Infrarotstrahlungsdetektor 38 ist mit einem Steuer/Analysecomputer 40 verbunden, und dieser analysiert die Ortsbereichszustände eines Halbleiterwafers 12 auf der Grundlage der Detektionssignale, die durch den Infrarotstrahlungsdetektor 38 zugeführt werden. Der Steuer/Analysecomputer 40 ist mit einer Anzeigevorrichtung 42 verbunden. Die Anzeigevorrichtung 42 bewirkt ein Anzeigen der Analyseergebnisse gemäss den durch den Steuer/Analysecomputer 40 analysierten detektierten Signalen, und sie zeigt die Ergebnisse der Analyse der detektierten Signale durch den Steuer/Analysecomputer 40 und die Ergebnisse einer Datenbankabfrage an.

Das Oberflächenzustands-Überwachungsgerät gemäss der vorliegenden Ausführungsform ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass eine Abstimmen der Positionsdetektionsvorrichtung 17 zum Detektieren einer Positionsabweichung des Halbleiterwafers 12 und einer Position und eines Winkels der Infrarotstrahlungsquelle 16 auf der Grundlage der detektierten Positionsabweichung durch die Positionsabweichungs-Detektionsvorrichtung 17 erfolgt. Gemäss der vorliegenden Ausführungsform lässt sich eine Position und ein Winkel der Infrarotstrahlungsquelle 16 schnell angleichen, gemäss einer Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12, wodurch Infrarotstrahlung an einer geneigten Fläche des Halbleiterwafers 12 mit geeigneter Position und geeignetem Winkel eintreten kann, ohne dass ein Durchsatz der Schritte als Ganzes beeinflusst wird. Selbst wenn eine Position des Umfangrands eines Halbleiterwafers durch eine Drehung abweicht, lässt sich eine Position und ein Winkel der Infrarotstrahlungsquelle 16 schnell gemäss der Positionsabweichung des Halbleiterwafers 12 angleichen. Demnach lassen sich organische Verschmutzungen und chemische Verschmutzungen bei im wesentlichen all den Oberflächen eines Halbleiterwafers überwachen, ohne dass ein Einfluss auf einen Durchsatz der Schritte als Ganzes erfolgt.

Als nächstes werden die Aufbauelemente des Oberflächenzustands-Überwachungsgeräts gemäss der vorliegenden Ausführungsform jeweils detailliert. Für das Überwachungssystem erfolgt ein Bezug auf die Beschreibung der japanischen Patentanmeldung Nr. 95853/1999. Die in der Beschreibung beschriebenen zahlreichen Überwachungssysteme sind auf das Oberflächenzustands-Überwachungsgerät und das Verfahren gemäss der vorliegenden Ausführungsform anwendbar.

(a) Substratbefestigung 10

Die Substratbefestigung 10 bewirkt ein Befestigen eines Halbleiterwafers 12, der zu überwachen ist.

Die Substratbefestigung 10 weist einen Drehmechanismus auf, und sie lässt sich drehen. Der Halbleiterwafer 12 wird gedreht, so dass sich organische Verschmutzungen und chemische Verschmutzungen im wesentlichen bei den gesamten Oberflächen des Halbleiterwafers 12 detektieren lassen.

(b) Infrarotstrahlungsquelle 16

Die Infrarotstrahlungsquelle 16 ist an dem Umfang der Substratbefestigung 10 angeordnet, und parallele Strahlen . von Infrarotstrahlung treten im wesentlichen zu der geneigten Fläche 14 des Umfangsrands des Halbleiterwafers 12 aus.

Die von der Infrarotstrahlungsquelle 16 emittierte Infrarotstrahlung dient funktionsgemäss als Probestrahlung zum Detektieren organischer Verunreinigungen, die auf den Oberflächen des Halbleiterwafers 12 verbleiben.

Eine Position und ein Winkel der Infrarotstrahlungsquelle 16 lässt sich durch den Infrarotstrahlungsquellen- Steuermechanismus 28 so angleichen, dass die Infrarotstrahlung bei der geneigten Fläche des Umfangsrands eines Halbleiterwafers 12 mit geeigneter Position und geeignetem Winkel eintreten kann.

(c) Eintrittsposition und Eintrittswinkel der Infrarotstrahlung

Das wesentliche beim Anlegen der Infrarotstrahlung bei dem geneigten Teil des Umfangrands des Halbleiterwafers 12 bei einer geeigneten Position und mit einem geeigneten Winkel wird detailliert beschrieben.

Die Konfiguration der Endoberfläche der Halbleiterwafer ist durch SEMI bestimmt (Semiconductor Equipment and Material International), und dies ist eine internationaler Verband der halbleiterbezogenen Industrie. Die Spezifikationen der 300-mm-Halbleiterwafer, die ungefähr im Jahr 2001 einzuführen sind, werden zeitweise bzw. momentan bestimmt.

Ein durch die SEMI-Standards spezifizierter 300-mm- Halbleiterwafer ist beispielhaft in Fig. 2 gezeigt. D. h., ein 300-mm-Halbleiterwafer 12 ist auf einer Scheibe mit einem 300-mm-Halbleiterwafer Durchmesser und einer 775 µm Dicke gebildet, und er weist Grenzlinien zwischen einem Oberflächenpaar und der abgeschrägten Außenumfangsoberfläche auf. Eine bearbeitete Form der geneigten Flächen 14 des abgeschrägten Halbleiterwafers 12 ist in Fig. 3 gezeigt. In Fig. 3 ist das nicht schraffierte Gebiet ein zulässiger Bereich für die Konfigurationsverarbeitung.

Bei dem durch die SEMI-Standards spezifizierten 300-mm- Halbleiterwafer sind beide Oberflächen in der abschließend bearbeiteten Konfiguration hochglanzverchromt, und sie lassen sich - so, wie sie sind - für das Analyseverfahren unter Verwendung der Infrarotstrahlung mit mehrfacher Innenreflexion verwenden, bei dem erforderlich ist, dass beide Oberflächen hochglanzverchromt sind.

Bei Anwenden der Infrarotstrahlung bei der geneigten Fläche 14 des Halbleiterwafers durchläuft die Infrarotstrahlung mehrfache Reflexionen innerhalb des Halbleiterwafers wie folgt.

Wie in Fig. 4 gezeigt, bedeutet dies, dass ein Eintrittswinkel θ₁ der Infrarotstrahlung relativ zu einer Normalen der geneigten Fläche 14 gegeben ist durch
θ₁ = θ-(90°-δ),
wenn ein Neigungswinkel der geneigten Fläche 14 und relativ zu der Horizontalfläche des Halbleiterwafers 12 durch δ dargestellt ist und ein Neigungswinkel der Infrarotstrahlung relativ zu der horizontalen Oberfläche des Halbleiterwafers 12 durch θ dargestellt ist.

Tritt die Infrarotstrahlung bei der geneigten Fläche 14 ein, so wird die Infrarotstrahlung bei der Oberfläche der geneigten Fläche 14 aufgrund des Brechungsindexunterschieds zwischen Luft und Silizium gebrochen. Ein Brechungswinkel der Infrarotstrahlung, die beim Halbleiterwafer 12 eintritt, ist dargestellt durch θ₂,
θ₂ = sin^-1((n_air/n_si)sinθ₁)
d. h. sie wird unter Verwendung des Brechungsgesetzes von Snellius ausgedrückt. Der Brechungsindex von Luft ist n_air = 1, und derjenige von Silizium ist n_si = 3,42.

Die in den Halbleiterwafer 12 eintretende Infrarotstrahlung wird innerhalb des Halbleiterwafers 12 reflektiert. Wird ein Innenreflexionswinkel gegenüber einer Normalen relativ zu der Horizontalfläche des Halbleiterwafers 12 durch θ₃ dargestellt, so gilt der Ausdruck
θ₃=δ-θ₂.

Die geneigten Flächen der tatsächlichen Halbleiterwafer 12 sind nicht plan, wie in Fig. 3 gezeigt, und ein Neigungswinkel δ unterscheidet sich in Abhängigkeit von den Eintrittspositionen der Infrarotstrahlung. Demnach ist ein Neigungswinkel nicht eindeutig bestimmt. Die Fig. 5 zeigt einen Graphen der Beziehungen zwischen internen Reflexionswinkeln θ₃ und Eintrittswinkeln θ bei sich veränderndem Neigungswinkel δ.

Damit die in einen Halbleiterwafer 12 eingetretene Infrarotstrahlung interne Reflexionen innerhalb des Halbleiterwafers 12 wiederholt und den Halbleiterwafer 12 bei einer entgegengesetzten Seite verlässt, ist es erforderlich, dass ein Innenreflexionswinkel θ₃ größer als ein kritischer Gesamtreflexionswinkel θ_c ist. Der Grund hierfür besteht darin, dass sich Innenreflexionen vielfach in einem Halbleiterwafer 12 wiederholen, und Reflexionslicht, das sich von dem gesamten reflektierten Licht unterscheidet, zu vernachlässigbaren Intensitäten gedämpft wird.

Ein kritischer Gesamtreflexionswinkel θ_c ist gegeben durch
θ_c = sin^-1 (1/n_si) = 17°.

Der weniger dicht schraffierte Bereich ist ein Bereich, bei dem der Innenreflexionswinkel θ₃ größer als kritischer Gesamtreflexionswinkel θ_c ist. Wie in Fig. 5 gezeigt, erfüllt dann, wenn ein Neigungswinkel δ oberhalb von 33° liegt, ein Innenreflexionswinkel θ₃ Bedingungen für die Gesamtreflexion selbst bei einem sich verändernden Eintrittswinkel θ.

In Fig. 5 ist das dicht schraffierte Gebiet ein Gebiet mit einem Innenreflexionswinkel θ₃ von oberhalb 90°. In diesem Fall findet die erste Reflexion der Infrarotstrahlung nicht innerhalb eines Halbleiterwafers 12 statt, sondern sie erfolgt außerhalb des Halbleiterwafers 12.

Wie in Fig. 5 gezeigt, ist es für die Tatsache, dass die Infrarotstrahlung mehrfache Innenreflexionen durchläuft, erforderlich, dass ein Eintrittswinkel θ in einem Bereich von 147° bis -90° liegt.

Eine Zahl N der Innenreflexionen der Infrarotstrahlung, die bei einem Halbleiterwafer 12 eintritt, ist gegeben durch
N = ϕ/d×tanθ₃,
wenn ein Innenreflexionswinkel durch θ₃ dargestellt ist, eine Dicke des Halbleiterwafers 12 durch d dargestellt ist, und ein Durchmesser des Halbleiterwafers 12 durch ϕ dargestellt ist.

Der oben beschriebene 300-mm-Halbleiterwafer gemäss den SEMI-Standards weist einen Durchmesser ϕ von 300 mm und eine Dicke d von 775 µm auf. Eine Zahl N der Innenreflexionen verläuft so, wie in Fig. 6 gezeigt. Die Fig. 6 zeigt einen Graphen der Beziehungen zwischen den Innenreflexionswinkeln θ₃ und der Zahl N der Innenreflexionen.

Wie in Fig. 6 gezeigt, entspricht dann, wenn ein Innenreflexionswinkel θ₃ ein kritischer Gesamtreflexionswinkel θ_c = 17° von Silizium-Luft ist, einen Innenreflexionszahl N maximal 1266 Wiederholungen. Die Innenreflexionszahl N verringert sich mit größer werdendem Innenreflexionswinkel θ₃.

Ein Absorptionsumfang der Infrarotstrahlung durch organische Verschmutzungen auf den Oberflächen des Halbleiterwafers 12 ist proportional zu einer Innenreflexionszahl N der Innenreflexionen in dem Halbleiterwafer 12. Ändert sich einen Innenreflexionszahl N der Innenreflexionen aufgrund einer Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12 oder einer Konfigurationsdifferenz der geneigten Flächen 14 des Halbleiterwafers 12, so ändert sich ein Umfang der Infrarotstrahlungsabsorption selbst dann, wenn ein Rückstandsumfang der organischen Verschmutzungen usw. derselbe ist. Demnach ist die Änderung der Zahl N der Innenreflexionen in einem Halbleiterwafer 12 ein Faktor zum Bewirken von Überwachungsfehlern.

Demnach wird eine Innenreflexionszahl N der Infrarotstrahlung in einem Halbleiterwafer 12 durch einen Innenreflexionswinkel θ₃ bestimmt, und ein Umfang eines Innenreflexionswinkels θ₃ wird gemäss einem Neigungswinkel δ und einem Eintrittswinkel θ der Infrarotstrahlung bestimmt.

Demnach ist es für eine präzise quantitative Analyse selbst dann, wenn die geneigten Flächen 14 eines Halbleiterwafers 12 eine unterschiedliche Konfiguration aufweisen, erforderlich, dass die Infrarotstrahlung in einem Gebiet mit einem bestimmten Neigungswinkel δ und mit einem bestimmten Eintrittswinkel θ eintritt, so dass ein Innenreflexionswinkel θ₃ konstant gehalten wird.

Die obigen Ausführungen bedeuten, dass zum Vermeiden eines Überwachungsfehlers der quantitativen Analyse im Rahmen eines bestimmten Bereichs das Konstanthalten eines Absorptionsumfangs der Infrarotstrahlung für einen bestimmten Umfang der Verschmutzung erforderlich ist, und hierfür ist es erforderlich, eine Innenreflexionszahl N in einem bestimmten Bereich zu halten.

Änderungen des Absorptionsumfangs für die Infrarotstrahlung aufgrund der Abweichungen des Innenreflexionswinkels θ₃ und der Abweichungen der Innenreflexionszahl N werden als einfache Abweichung gemäss der folgenden Berechnung angegeben.

Wird einfach betrachtet, dass ein Infrarotstrahlungs- Absorptionsumfang proportional zu einer Innenreflexionszahl N ist, so werden Abweichungen eines Infrarotstrahlungs- Absorptionsumfangs durch Abweichungen einer Innenreflexionszahl N bewirkt. Bei dem Detektionsverfahren für organische Verschmutzungen unter Verwendung von Wafermehrfachreflexions-Fourier-Transformations- Infrarotstrahlungs-Spektroskopie werden organisch Verschmutzungen gemäss den Absorptionsumfängen der Infrarotstrahlung quantifiziert, und Abweichungen der Innenreflexionszahl N bestimmen Überwachungsfehler der quantitativen Analyse.

Eine Innenreflexionszahl N ist - wie oben beschrieben - durch
N = ϕ/d×tanθ₃
gegeben.

Es erfolgt das Berechnen von Reflexionszahlen, die ±10% einer Reflexionszahl für ein Grad des Innenreflexionswinkels θ₃ darstellen. Auf der Grundlage dieses Ergebnisses erfolgt das inverse Berechnen eines Innenreflexionswinkels θ₃ für eine Innenreflexionszahl N, die um 10% erhöht ist, sowie eines Innenreflexionswinkels θ₃ für eine Innenreflexionszahl N, die um 10% verringert ist, und eine Differenz zwischen den zwei Winkeln wird als Abweichung eines Innenreflexionswinkels betrachtet.

Die Fig. 7 zeigt die Berechnungsergebnisse. Wie in Fig. 7 gezeigt, weist dann, wenn ein Innenreflexionswinkel θ₃ den Wert 45° aufweist, eine Abweichung des Innenreflexionswinkels maximal einen Wert von 5.7° auf. Dieses Ergebnis zeigt, dass eine Abweichung des Innenreflexionswinkels soweit unterdrückt werden muss, dass sie maximal in einem Bereich von ± 2.8° liegt, und ein Innenreflexionswinkel θ₃ muss genau gesteuert werden.

Wie in Fig. 7 gezeigt, wird ein Innenreflexionswinkel θ₃ gemäss einem Eintrittswinkel θ der Infrarotstrahlung an der geneigten Fläche 14 und einem Neigungswinkel δ der geneigten Fläche 14 bestimmt. Beispielsweise muss dann, wenn Infrarotstrahlung mit einem Eintrittswinkel θ von 30 bis 60° angewandt wird, so dass ein Innenreflexionswinkel θ₃ den Wert 45° aufweist, die Infrarotstrahlung in einem Gebiet eintreten, in dem ein Neigungswinkel δ der geneigten Fläche 14 in dem Bereich 40° bis 50° liegt.

Um derart einen Innenreflexionswinkel θ₃ korrekt zu steuern, ist es erforderlich, dass ein Eintrittswinkel der Infrarotstrahlung an der geneigten Fläche 14 korrekt gesteuert wird. Es ist auch erforderlich, dass selbst dann, wenn die geneigte Fläche 14 des Halbleiterwafers 12 eine unterschiedliche Konfiguration aufweist, das Erfordernis dahingehend besteht, dass ein Gebiet mit einem bestimmten Neigungswinkel δ detektiert wird, und Infrarotstrahlung bei dem Gebiet eintritt.

(d) Positionsdetektionsvorrichtung 17

Die Positionsdetektionsvorrichtung 17 enthält zwei Laserstrahlquelle 18, 22, zwei CCD-Linearsensoren 20, 24 und eine Berechnungseinheit 26.

Die Laserstrahlquelle 18 ist an dem Umfang der Substratbefestigung 10 angeorndet, und sie bewirkt ein Anwenden von nach unten gerichteten im wesentlichen parallelen Laserstrahlen. Die Laserstrahlquelle 18 bewirkt ein Anlegen bzw. Anwenden von Laserstrahlen bei einem Gebiet der geneigten Fläche 14 eines Halbleiterwafers 12, das ein Gebiet enthält, auf das Infrarotstrahlen anzuwenden sind.

Andererseits ist der CCD-Linearsensor unterhalb der Laserstrahlquelle angeordnet, und er weist entlang der X- Richtung angeordnete Bildelemente auf, d. h. entlang der Radialrichtung des Halbleiterwafers 12.

Ein Teil der nach unten durch die Laserstrahlquelle 18 emittierten Laserstrahlen wird durch einen Halbleiterwafer 12 blockiert, so dass allein die Laserstrahlen, die nicht durch den Halbleiterwafer 12 blockiert werden, bei dem CCD- Linearsensor 20 ankommen. Demnach erfassen die Bildelemente des CCD-Linearsensors 20 die Laserstrahlenzuordnung zu einer Positionsabweichung des Halbleiterwafers 12 entlang der X-Richtung.

Die Laserstrahlquelle 22 ist an dem Umfang der Substratbefestigung 10 angeordnet, und sie ist innerhalb des Wandumfangs des Halbleiterwafers 12 angeordnet. Die Laserstrahlquelle 22 emittiert in einen dünnen Bereich gebündelte Laserstrahlen zu der geneigten Fläche 14 eines Halbleiterwafers 12.

Andererseits ist der CCD-Linearsensor 24 an einer Seite der Substratbefestigung 10 angeordnet, und er weist entlang der Y-Richtung angeordnete Bildelemente auf, d. h. entlang der vertikalen Richtung.

Die durch die Laserstrahlquelle 22 zu der geneigten Fläche 14 eines Halbleiterwafers 12 emittierten Laserstrahlen treten bei einem Gebiet der geneigten Fläche des Halbleiterwafers 12 ein, das im wesentlichen ein Gebiet für einzutretende Infrarotstrahlung ist.

Die durch die Laserstrahlquelle 22 emittierten Laserstrahlen werden an der geneigten Fläche 14 des Halbleiterwafers 12 reflektiert, und sie erreichen den CCD- Linearsensor 24. Demnach erfassen die Bildelemente des CCD- Linearsensors 24 die Laserstrahlen gemäss einer Positionsabweichung des Halbleiterwafers 12 entlang der Y- Richtung.

Die durch die jeweiligen CCD-Linearsensoren 20, 24 detektierten Signale werden bei der Berechnungseinheit 26 eingegeben. Die Berechnungseinheit 26 berechnet eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12 entlang der X-Richtung auf der Grundlage von durch den CCD-Linearsensor 20 zugeführten Signale und entlang der Y-Richtung auf der Grundlage von durch den CCD-Linearsensor 24 zugeführten Signalen.

Die Berechnungseinheit 26 erzeugt Gegenkopplungssignale zum Steuern einer Position und eines Winkels der Infrarotstrahlungsquelle 16 gemäss einer X-Richtungs- Positionsabweichung und einer Y-Richtungs- Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12. D. h., die Berechnungseinheit 26 berechnet den Umfang der Änderung einer Position und eines Winkels der Infrarotstrahlungsquelle 12, damit die Infrarotstrahlung bei der geneigten Fläche 14 eines Halbleiterwafers 12 bei einer geeigneten Position eintritt, und sie bewirkt ein Rückkoppeln des berechneten Ergebnisses zu dem Infrarotstrahlungsquellen-Steuermechanismus 28.

Die Durchmesser der Halbleiterwafer 12 und die Konfigurationen der geneigten Flächen 14 unterscheiden sich auch für unterschiedliche Ausbildungen und Typen. Beispielsweise weisen Halbleiterwafer gemäss den SEMI- Standards oft Durchmesser auf, die in dem in Fig. 2 gezeigten Bereich variieren, und sie weisen oft Konfigurationen der geneigten Flächen 14 auf, die in dem in Fig. 3 gezeigten Bereich variieren. Demnach ist es vorzuziehen, die Laserstrahlquellen 18, 22 und die CCD- Linearsensoren 20, 24 geeignet bei günstigen Positionen festzulegen.

Berechnet die Berechnungseinheit 26 eine Y- Richtungspositionsabweichung für einen Halbleiterwafer 12, so lässt sich die Y-Richtungspositionsabweichung unter Beachtung einer Konfiguration der geneigten Flächen des Halbleiterwafers 12 berechnen. In diesem Fall werden Daten der Konfigurationen der geneigten Flächen der Halbleiterwafer der jeweiligen Typen und der jeweiligen Hersteller in einem (nicht gezeigten) Speicher gespeichert, und ein geeigneter Datensatz wird der Berechnungseinheit 26 in Übereinstimmung mit einem zu überwachenden Halbleiterwafer zugeführt. Eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12 wird unter Beachtung eines Durchmessers des Halbleiterwafers 12 und einer Konfiguration der geneigten Flächen 14 detektiert, wodurch die Positionsabweichung des Halbleiterwafers 12 ohne Rücksetzen der Positionen der Laserstrahlquellen 20, 22 und der CCD- Linearsensoren 22, 24 überwacht werden kann.

(e) Infrarotstrahlungsquellen-Steuermechanismus 28

Der Infrarotstrahlungsquellen-Steuermechanismus 28 steuert eine Position und einen Winkel der Infrarotstrahlungstrahlungsquelle auf der Grundlage von Gegenkopplungssignalen von der Berechnungseinheit 26.

Der Infrarotstrahlungsquellen-Steuermechanismus 28 bewirkt ein schnelles Steuern einer Position und eines Winkels der Infrarotstrahlungsquelle 16 gemäss einer Positionsabweichung des Halbleiterwafers 12, wodurch Infrarotstrahlung bei der geneigten Fläche 14 eines Halbleiterwafers 12 mit geeigneter Position eintreten kann, ohne dass ein Durchsatz der Schritte als Ganzes beeinflusst wird.

(f) Optisches Detektionssystem 30

Das optische Detektionssystem 30 enthält zwei Reflexionsspiegel 32, 34.

Die durch die Infrarotstrahlungsquelle 16 angewandte Infrarotstrahlung, die zu der Innenseite eines Halbleiterwafers 12 eintritt, wiederholt Innenreflexionen innerhalb des Halbleiterwafers 12, unter Testen der Oberflächen des Halbleiterwafers 12 zum Akkumulieren von Information über eine Verschmutzung der Oberflächen des Substrats, und sie tritt bei einer Position symmetrisch zu dem Eintrittspunkt der Infrarotstrahlung aus, um bei dem optischen Detektionssystem 30 eingeführt zu werden.

Das optische Detektionssystem 30 bündelt die von dem Halbleiterwafer 12 austretende Infrarotstrahlung, und sie führt die Infrarotstrahlung zu dem Spektroskop 36.

(g) Spektroskop

Das Spektroskop 36 ist ein FT-IR-Spektroskopgerät für die spektrale Brechung bzw. Beugung der Infrarotstrahlung beispielsweise durch den Mechanismus einer Fourier- Transformations-Spektroskopie unter Verwendung eines Doppelstrahl-Interferometers (Michelson-Interferometer).

Die in Spektren durch das Spektroskop 36 gebrochene Infrarotstrahlung wird bei dem Infrarotstrahlungsdetektor 38 eingeführt.

(h) Infrarotstrahlungsdetektor 38

Der Infrarotstrahlungsdetektor 38 ist ein Detektor wie beispielsweise ein FT-IR-Gerät, und er lässt sich mit einem Infrarotstrahlungsdetektor bilden, beispielsweise von einem InSb Stickstoffkühlungstyp.

Tritt Infrarotstrahlung in den Halbleiterwafer 12 ein, durchläuft sie mehrfach Reflexionen in dem Halbleiterwafer, und sickern Frequenzkomponenten des Lichts (gedämpfte Wellen) dann durch, wenn die an den Oberflächen des Substrats reflektierte Strahlung mit Molekularschwingungsfrequenzen organische Verschmutzungen an den Oberflächen des Wafers übereinstimmen, so erfolgt eine Resonanzabsorbierung der Frequenzkomponenten. Die Infrarotabsorptionsspektren werden zum Identifizieren der Arten und Mengen der organischen Verschmutzungen analysiert.

Überwachte Daten und demnach vorgegebene Spektren werden dem Steuer/Analysecomputer 40 zugeführt.

(i) Steuer/Analysecomputer 40

Der Steuer/Analysecomputer 40 identifiziert organische Verschmutzungen und berechnet Umfänge der organischen Verschmutzungen.

Der Speicher des Steuer/Analysecomputers 40 speichert getrennt Datenbasisarten und Kalibrierungskurven. Überwachte Daten werden unter Bezug auf die Daten quantifiziert. Die derart analysierten Ergebnisse werden bei der Anzeigevorrichtung 42 angezeigt.

Oberflächenzustands-Überwachungsverfahren

Nachfolgend wird das Oberflächenzustands- Überwachungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform unter Bezug auf die Fig. 1 erläutert.

Zunächst wird ein Halbleiterwafer als zu untersuchendes Objekt auf der Substratbefestigung 10 platziert. Der Halbleiterwafer 12 ist bei einer Halbleitereinrichtungs- Fertigungslinie zu verwenden.

Anschließend werden Laserstrahl nach unten ausgehend von der Laserstrahlquelle 18 angewandt. Allein der durch die Laserstrahlquelle 18 angewandte Laserstrahl, der nicht durch den Halbleiterwafer 12 blockiert wird, erreicht den CCD-Linearsensor 20. Ein Signal gemäss einer X-Richtungs- Positionsabweichung des Halbleiterwafers 12 wird an die Berechnungseinheit 26 durch den CCD-Linearsensor 20 ausgegeben.

Laserstrahlen werden bei einem Umfangsteil des Halbleiterwafers 12 durch die Laserstrahlenquelle 22 angewandt. Die durch die Laserstrahlenquelle 22 emittierten Laserstrahlen werden an der geneigten Fläche 14 des Halbleiterwafers 12 reflektiert, und sie erreichen den CCD- Linearsensor 24. Ein Signal gemäss einer Y-Richtungs- Positionsabweichung wird durch die Berechnungseinheit 26 durch den CCD-Linearsensor 24 ausgegeben.

Die Berechnungseinheit 26 berechnet die X-Richtungs- Positionsabweichung des Halbleiterwafers 12 auf der Grundlage des durch den CCD-Linearsensor 20 eingegebenen Signals, und sie berechnet die Y-Richtungs- Positionsabweichung auf der Grundlage des durch den CCD- Linearsensor 24 eingegebenen Signals. Anschließend erzeugt die Berechnungseinheit 26 ein Gegenkopplungssignal zum Steuern einer Position und eines Winkels der Infrarotstrahlungsquelle 16 auf der Grundlage eines Berechnungsergebnisses der X-Richtungs-Positionsabweichung und eines Berechnungsergebnisses der Y-Richtungs- Positionsabweichung. Wie oben beschrieben, kann in diesem Zeitpunkt die Berechnung unter Beachtung eines Herstellers, eines Typs, von Spezifikationen, usw. ausgeführt werden.

Das durch die Berechnungseinheit 26 ausgegebene Gegenkopplungssignal wird bei dem Infrarotstrahlungsquellen-Steuermechanismus 28 eingegeben. Der Infrarotstrahlungsquellen-Steuermechanismus 28 steuert eine Position und einen Winkel der Infrarotstrahlungsquelle 16 auf der Grundlage des durch die Berechnungseinheit 26 ausgegebenen Gegenkopplungssignal. Demnach ist die Infrarotstrahlungsquelle 16 so positioniert, dass Infrarotstrahlung bei der geneigten Fläche 14 des Halbleiterwafers 12 bei einer geeigneten Position und mit einem geeigneten Winkel eintritt.

Dann wird Infrarotstrahlung durch die Infrarotstrahlungsquelle 16 emittiert. Die in den Halbleiterwafer 12 bei der geneigten Fläche 14 hiervon eintretende Infrarotstrahlung durchläuft wiederholt eine interne Reflexion unter Testung der Oberfläche des Substrats und Akkumulieren von Information über die Verschmutzung, und sie verlässt den Halbleiterwafer 12 bei einer Position symmetrisch zu dem Eintrittspunkt der infraroten Strahlung. Gemäss der vorliegenden Ausführungsform tritt Infrarotstrahlung bei der geneigten Fläche 14 des Halbleiterwafers 12 bei einer geeigneten Position und mit einem geeigneten Winkel ein, wodurch eine Zahl der Gesamtreflexionen innerhalb des Halbleiterwafers 12 zu einer geeigneten Wiederholungszahl gesteuert wird.

Anschließend wird die den Halbleiterwafer 12 verlassenden Infrarotstrahlung durch die Infrarotstrahlungs- Konvergenzvorrichtung 12 für ein Einführen bei dem Infrarotstrahlungsdetektor 38 über das Spektroskop 36 gebündelt. Demnach erfolgt die Abgabe von Absorptionsspektren gemäss den jeweiligen Frequenzen durch den Mechanismus der Fourier-Transformation-Spektroskopie unter Verwendung von beispielsweise einem Doppelstrahlinterferometer.

Anschließend erfolgt die Eingabe von Daten der Absorptionsspektren, die von dem Infrarotstrahlungsdetektor 28 abgegeben werden, bei dem Steuer/Analysecomputer 40. Der Steuer/Analysecomputer 40 analysiert die Spektren zum Identifizieren der Arten und Umfänge der organischen Verschmutzungen.

Wird eine organische Verschmutzung und eine chemische Verschmutzung im wesentlichen über die gesamten Oberflächen des Halbleiterwafers 12 überwacht, so wird der Halbleiterwafer 12 gedreht. In einem Fall, in dem das Zentrum des Halbleiterwafers 12 und die Drehwelle der Substratbefestigung 10 nicht miteinander übereinstimmen, ist dann, wenn der Halbleiterwafer 12 gedreht wird, eine Position des Umfangrands des Halbleiterwafers 12 abgelenkt. Gemäss der vorliegenden Ausführungsform erfolgt jedoch gemäss einer Positionsverschiebung des Halbleiterwafers 12 ein schnelles Angleichen einer Position und eines Winkels der Infrarotstrahlungsquelle 16. Demnach können gemäss der vorliegenden Ausführungsform selbst dann, wenn der Halbleiterwafer 12 gedreht wird, eine organische Verschmutzung und eine chemische Verschmutzung im wesentlichen über den gesamten Halbleiterwafer 12 hinweg überwacht werden, ohne dass der Durchsatz der Schritte als Ganzes beeinflusst wird.

Somit ist die Analyse der Oberflächenzustände des Halbleiterwafers 12 abgeschlossen.

Gemäss der vorliegenden Ausführungsform wird eine Positionsablenklung eines Halbleiters detektiert, und es lässt sich eine Position und ein Winkel der Infrarotstrahlungsquelle schnell gemäss der Positionsabweichung des Halbleiterwafers angleichen. Demnach kann gemäss der vorliegenden Ausführungsform Infrarotstrahlung bei der geneigten Fläche eines Halbleiterwafers bei einer geeigneten Position und einem geeigneten Winkel eintreten, wodurch sich ein interner Reflexionswinkel geeignet steuern lässt, ohne dass der Durchsatz sämtlicher Schritte als Ganzes beeinflusst ist. Demnach lässt sich gemäss der vorliegenden Ausführungsform eine Wiederholungszahl der Gesamtreflexion innerhalb eines Halbleiterwafers geeignet steuern, wodurch sich die Oberflächenzustände des Halbleiterwafers mit hoher Genauigkeit überwachen lassen.

Ferner lässt sich gemäss der vorliegenden Ausführungsform eine Position und ein Winkel der Infrarotstrahlungsquelle schnell angleichen, gemäss einer Positionsabweichung eines Halbleiterwafers, wodurch selbst in einem Fall, in dem ein Halbleiterwafer zum Überwachen im wesentlichen der gesamten Oberflächen hiervon im Hinblick auf eine organische Verschmutzung oder eine chemische Verschmutzung, der Durchsatz all der Schritte als Ganzes, gegenüber einer Einflussnahme bewahrt ist.

Modifikation (Teil 1)

Nun wird das Oberflächenzustands-Überwachungsgerät und -Verfahren gemäss einer Modifikation (Teil 1) der ersten Ausführungsform unter Bezug auf die Fig. 8 erläutert. Die Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht des Oberflächenzustands-Überwachungsgeräts gemäss der vorliegenden Modifikation. Die Fig. 8 zeigt eine Ansicht des Oberflächenzustands-Überwachungsgeräts gemäss der vorliegenden Modifikation, betrachtet ausgehend von einer Oberseite eines Halbleiterwafers, und die Laserstrahlungsquelle usw. sind weggelassen.

Wie in Fig. 8 gezeigt, ist das Oberflächenzustands- Überwachungsgerät und -Verfahren gemäss der vorliegenden Modifikation im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12 bei drei Positionen detektiert wird. D. h., drei Gruppen von Laserstrahlquellen (nicht gezeigt) und der CCD- Linearsensoren 20, 24 sind bei jeweils 120° relativ zu dem Zentrum eines Halbleiterwafers 12 angeordnet.

Signale zum Anzeigen einer Positionsabweichung, die durch die CCD-Linearsensoren 20, 24 bei den drei Positionen detektiert werden, werden bei einer Berechnungseinheit 26 eingegeben. Die Berechnungseinheit 26 berechnet insgesamt die Positionsabweichung des Halbleiterwafers 12 auf der Grundlage der durch die bei den drei Positionen angeordneten CCD-Linearsensoren eingegebenen Signale zum Erzeugen von Gegenkopplungssignalen. Die derart erzeugten Gegenkopplungssignale werden bei dem Infrarotstrahlungsquellen-Steuermechanismus 28 eingegeben, wodurch eine Position und ein Winkel der Infrarotstrahlungsquelle 16 gesteuert wird.

Das in Fig. 1 gezeigte Oberflächenzustands- Überwachungsgerät detektiert eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12 bei einer Position, wodurch es schwierig ist, eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12 entlang der Z-Richtung zu detektieren, d. h. vertikal zu der Zeichnungsebene der Fig. 1.

Gemäss der vorliegenden Modifikation wird eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12 bei den drei Positionen detektiert, wodurch sich eine Positionsabweichung entlang der Z-Richtung des Halbleiterwafers 12 detektieren lässt, d. h. horizontal zu der Zeichnungsebene gemäss Fig. 8.

Wie oben beschrieben, wird gemäss der vorliegenden Modifikation eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers bei drei Positionen detektiert, wodurch sich eine Positionsabweichung selbst entlang der Z-Richtung eines Halbleiterwafers detektieren lässt. Demnach kann gemäss der vorliegenden Modifikation Infrarotstrahlung mit höherer Genauigkeit an der geneigten Fläche eines Halbleiterwafers bei einer geeigneten Position mit einem geeigneten Winkel eintreten, wodurch sich Oberflächenzustände des Halbleiterwafers mit höherer Präzision überwachen lassen.

Modifikation (Teil 2)

Als nächstes wird eine Modifikation (Teil 2) des Oberflächenzustands-Überwachungsgeräts und -Verfahrens gemäss der ersten Ausführungsform unter Bezug auf die Fig. 9 erläutert. Die Fig. 9 zeigt eine schematische Ansicht des Oberflächenzustands-Überwachungsgeräts gemäss der vorliegenden Modifikation.

Wie in Fig. 9 gezeigt, enthält das Oberflächenzustands- Überwachungsgerät gemäss der vorliegenden Modifikation eine Waferbefestigungs-Steuervorrichtung 44 zum Steuern der Waferbefestigung 10. Durch die Berechnungseinheit 26 werden Gegenkopplungssignale an die Waferbefestigungs- Steuervorrichtung 44 ausgegeben.

Die Waferbefestigung 10 enthält einen (nicht gezeigten) Positionssteuermechanismus zum Angleichen einer Position eines Halbleiterwafers. Die Substratbefestigungs- Steuervorrichtung 44 steuert geeignet den Positionssteuermechanismus der Waferbefestigung 10 auf der Grundlage der Gegenkopplungssignale, wodurch eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12 korrigiert wird.

Bei dem Oberflächenzustands-Überwachungsgerät gemäss der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform wird eine Position und ein Winkel der Infrarotstrahlungsquelle 16 gesteuert, wodurch Infrarotstrahlung bei einem Halbleiterwafer 12 bei einer geeigneten Position mit einem geeigneten Winkel eintritt. Bei dem Oberflächenzustands-Überwachungsgerät gemäss der vorliegenden Modifikation wird jedoch die Substratbefestigung 10 gesteuert, wodurch eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12 korrigiert ist. Demnach kann gemäss der vorliegenden Modifikation Infrarotstrahlung in einen Halbleiterwafer 12 bei einer geeigneten Position mit einem geeigneten Winkel eintreten bzw. in diesem vorliegen.

Wie oben beschrieben, wird gemäss der vorliegenden Modifikation die Waferbefestigung durch die Waferbefestigungs-Steuervorrichtung gesteuert, wodurch sich eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers korrigieren lässt. Demnach kann Infrarotstrahlung bei der geneigten Fläche bei der geeigneten Position mit einem geeigneten Winkel eintreten.

Das Oberflächenzustands-Überwachungsgerät und -Verfahren gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezug auf die Fig. 10 erläutert. Die Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht des Oberflächenzustands- Überwachungsgeräts gemäss der vorliegenden Ausführungsform. Dieselben Elemente der vorliegenden Ausführungsform, die mit denjenigen des in den Fig. 1 bis 9 gezeigten Oberflächenzustands-Überwachungsgerät und -Verfahren gemäss der ersten Ausführungsform übereinstimmen, sind anhand derselben Bezugszeichen bezeichnet, und sie werden nicht wiederholt erläutert, um die Erläuterung zu vereinfachen.

Oberflächenzustands-Überwachungsgerät

Zunächst wird unter Bezug auf die Fig. 10 das Oberflächenzustands-Überwachungsgerät gemäss der vorliegenden Ausführungsform erläutert.

Die Positionsdetektionsvorrichtung 17a der vorliegenden Ausführungsform enthält zwei Laserstrahlquellen 18a, 22a, zwei zweidimensionale CCD-Sensoren 20a, 24a und eine Berechnungseinheit 26.

Die Laserstrahlquelle 18a ist an dem Umfang der Waferbefestigung 10 angeordnet, und sie kann in Richtungen eines Laserstrahls abtasten, der dünn gebündelt ist. Der zweidimensionale CCD-Sensor 20a ist unterhalb der Laserstrahlquelle 18a angeordnet, und er weist eine Zahl von Bildelementen auf, die in einer Ebene angeordnet sind.

Die Laserstrahlquelle 22a ist an dem Umfang der Waferbefestigung 10 angeordnet, und sie kann in Richtungen eines Laserstrahls abtasten, der dünn gebündelt ist. Der zweidimensionale CCD-Sensor 24a ist seitlich zu der Waferbefestigung 10 angeordnet, und er weist eine Zahl von in einer Ebene angeordneten Bildelementen auf, wie der zweidimensionale CCS-Sensor 20a.

Wie bei der ersten Ausführungsform sind die zweidimensionalen CCD-Sensoren 20a, 24a mit einer Berechnungseinheit 26 verbunden.

Das Oberflächenzustands-Überwachungsgerät gemäss der vorliegenden Ausführungsform ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlquellen 18a, 22a Laserstrahlen entlang der jeweiligen Richtungen abtasten können und dass die zweidimensionalen CCD-Sensoren 20a, 24a die Laserstrahlen detektieren können. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Laserstrahlen durch die zweidimensionalen CCD-Sensoren 20a, 24a mit einer Zahl von in einer Ebene angeordneten Bildelementen gemessen, wodurch eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12 mit hoher Genauigkeit im Vergleich zu dem Oberflächenzustands- Überwachungsgerät gemäss der ersten Ausführungsform erfasst werden kann, das die CCD-Linearsensoren 20, 24 mit linear angeordneten Bildelementen aufweist.

Bei der vorliegenden Ausführungsform, die die zweidimensionalen CCD-Sensoren 20a, 24a verwendet, lässt sich eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12 nicht nur entlang der X-Richtung und der Y-Richtung, sondern auch entlang der Z-Richtung detektieren, d. h. der Richtung vertikal zu der Zeichnungsebene nach Fig. 10. Bei der ersten Ausführungsform ist es - sofern nicht eine Positionsabweichung der mehreren Positionen überwacht wird - wie in der Fig. 8 für die Modifikation (Teil 1) gezeigt - schwierig, die Positionsabweichung entlang der Z-Richtung zu detektieren. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden jedoch die zweidimensionalen CCD-Sensoren 20a, 24a verwendet, wodurch sich eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12 entlang der Z-Richtung durch Detektion lediglich bei einer Position detektieren lässt.

Nun wird das Oberflächenzustands-Überwachungsgerät gemäss der vorliegenden Ausführungsform unter Bezug auf die Fig. 10 erläutert.

Zunächst wird ein zu überwachender Halbleiterwafer 12 auf der Waferbefestigung 10 platziert, wie bei der ersten Ausführungsform.

Dann werden Laserstrahlen durch die Laserstrahlquelle 18a zu der geneigten Fläche 14 eines Halbleiterwafers 12 emittiert. Die Laserstrahlquelle 18a tastet Laserstrahlen so ab, dass die Laserstrahlen bei einem Gebiet der geneigten Fläche 14 des Halbleiterwafers 12 anliegen, das ein Gebiet für die einzutretende Infrarotstrahlung aufweist. Lediglich die durch die Laserstrahlquelle 18a emittierten Laserstrahlen, die nicht durch den Halbleiterwafer 12 blockiert werden, erreichen den zweidimensionalen CCD-Sensor 20a. Der zweidimensionale CCD- Sensor 20a gibt Signale bei der Berechnungseinheit 26 gemäss denjenigen der Bildelemente ein, die die besagten der Laserstrahlen gemessen haben.

Laserstrahlen werden zu der geneigten Fläche 14 des Halbleiterwafers 12 durch die Laserstrahlquelle 22a emittiert. Die durch die Laserstrahlquelle 22a emittierten Laserstrahlen werden bei der geneigten Fläche 14 des Halbleiterwafers 12 reflektiert, und sie erreichen den zweidimensionalen CCD-Sensor 24a. Der zweidimensionalen CCD-Sensor 24a gibt Signale bei der Berechnungseinheit 26 ein, gemäss denjenigen der Bildelemente, die die Laserstrahlen gemessen haben.

Die Berechnungseinheit 26 berechnet eine X-Richtungs- Positionsabweichung des Halbleiterwafers 12 auf der Grundlage des durch den zweidimensionalen CCD-Sensor 20a eingegebenen Signals, und sie berechnet eine Y-Richtungs- Positionsabweichung des Halbleiterwafers 12 auf der Grundlage der durch den zweidimensionalen CCD-Sensor 24a eingegebenen Signale. Die Berechnungseinheit 26 berechnet auch eine Z-Richtungs-Positionsabweichung des Halbleiterwafers 12 auf der Grundlage der durch die zweidimensionalen CCD-Sensoren 20a, 24a eingegebenen Signale. Die Berechnungseinheit 26 erzeugt Gegenkopplungssignale zum Steuern einer Position und eines Winkels der Infrarotstrahlungsquelle Gewinde der Berechnungsergebnisse für die Positionsabweichung. In diesem Zeitpunkt kann - wie bei der ersten Ausführungsform - die Positionsabweichung des Halbleiterwafers unter Berücksichtigung eines Herstellers und eines Typs hiervon berechnet werden.

Die durch die Berechnungseinheit 26 erzeugten Gegenkopplungssignale werden an den Infrarotstrahlungsquellen-Steuermechanismus 28 ausgegeben. Der Infrarotstrahlungsquellen-Steuermechanismus 28 steuert eine Position und einen Winkel der Infrarotstrahlungsquelle 26 auf der Grundlage des Gegenkopplungssignale von der Berechnungseinheit 26.

Somit wird die Infrarotstrahlungsquelle 16 so positioniert, dass Infrarotstrahlung bei der geneigten Fläche 14 eines Halbleiterwafers 12 mit einer geeigneten Position und einem geeigneten Winkel angewandt wird.

Die folgenden Schritte des Oberflächenzustands- Überwachungsgeräts gemäss der zweiten Ausführungsform sind dieselben wie diejenigen der ersten Ausführungsform, und deren Wiederholung wird nicht wiederholt.

Wie oben beschrieben, werden gemäss der vorliegenden Ausführungsform die zweidimensionalen CCD-Sensoren verwendet, die viel Information bereitstellen können, wodurch sich die Positionsabweichungen der Halbleiterwafer mit hoher Genauigkeit detektieren lassen.

Gemäss der vorliegenden Ausführungsform werden die zweidimensionalen CCD-Sensoren verwendet, wodurch sich die Positionsabweichung der Halbleiterwafer selbst entlang der Z-Richtung durch die Überwachung bei einer Position detektieren lassen. Demnach ist das Oberflächenzustands- Überwachungsgerät gemäss der zweiten Ausführungsform einfach im Aufbau und kostengünstig.

Nun wird unter Bezug auf die Fig. 11 das Oberflächenzustands-Überwachungsgerät und -Verfahren gemäss einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Fig. 11 zeigt eine schematische Ansicht des Oberflächenzustands-Überwachungsgeräts gemäss der vorliegenden Ausführungsform. Dieselben Elemente der vorliegenden Ausführungsform, die mit denjenigen des in Fig. 1 bis 10 gezeigten Oberflächenzustands- Überwachungsgeräts und -Verfahren gemäss der ersten und zweiten Ausführungsform übereinstimmen, sind anhand derselben Bezugszeichen dargestellt, und sie werden nicht wiederholt erläutert, damit ihre Beschreibung vereinfacht ist.

Das Oberflächenzustands-Überwachungsgerät gemäss der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezug auf die Fig. 11 beschrieben.

Die Positionsdetektionsvorrichtung 17b der vorliegenden Ausführungsform enthält eine Laserstrahlquelle 22b, einen zweidimensionalen CCD-Sensor 20a und eine Berechnungseinheit 26.

Die Laserstrahlquelle 22b ist über einer (nicht gezeigten) Waferbefestigung angeordnet, und sie kann mit einer geschlossenen Spur abtasten. Die Laserstrahlquelle 23b kann Laserstrahlen in einer geschlossenen Spur in jedwedger Form führen, beispielsweise einer elliptischen Form, einer rechtwinkligen Form oder anderer Formen.

Der zweidimensionale CCD-Sensor 20a ist diagonal unterhalb der Laserstrahlquelle 22b angeordnet, und er weist eine Zahl von in einer Ebene angeordneten Bildelementen auf. Das in Fig. 11 gezeigte Oberflächenzustands-Überwachungsgerät verwendet den zweidimensionalen CCD-Sensor 20a, jedoch kann anstelle des zweidimensionalen CCD-Sensors 20a ein CCD- geviertelter Sensor (Engl.: quartered sensor) oder ein vierteiliger CCD-Sensor oder andere Sensoren geeignet verwendet werden.

Das Oberflächenzustands-Überwachungsgerät gemäss der vorliegenden Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlquelle Laserstrahlen in einer geschlossenen Spur führt. Die Laserstrahlquelle bewegt einfach Laserstrahlen entlang einer geschlossenen Spur, wodurch sich eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers 12 detektieren lässt. Demnach kann - im Vergleich zu der zweiten Ausführungsform, bei der die Abtastung entlang jeweiliger Richtungen erfolgt - das Oberflächenzustands-Überwachungsgerät gemäss der vorliegenden Ausführungsform schnell Positionsabweichungen eines Halbleiterwafers 12 detektieren.

Nun wird das Oberflächenzustands-Überwachungsverfahren gemäss der vorliegenden Ausführungsform unter Bezug auf die Fig. 11 erläutert.

Wie bei der ersten Ausführungsform, wird ein zu überwachender Halbleiterwafer 12 auf der Waferbefestigung 10 platziert.

Anschließend werden Laserstrahlen durch die Laserstrahlquelle 22b zu der geneigten Fläche 14 des Halbleiterwafers 12 emittiert. Die durch die Laserstrahlquelle 22b emittierten Laserstrahlen überschreiten eine geschlossene Spur in der Nähe eines Einsetzgebiets der geneigten Fläche 14 des Halbleiterwafers 12, bei der Infrarotstrahlung eintritt. Allein die durch die Laserstrahlquelle 22b emittierten Laserstrahlen, die nicht durch den Halbleiterwafer 12 blockiert werden, erreichen den zweidimensionalen CCD-Sensor 20a. Der zweidimensionale CCD-Sensor 20a gibt bei der Berechnungseinheit 26 Signale gemäss denjenigen Bildelementen ein, die diese Laserstrahlen erfasst haben.

Die Berechnungseinheit 26 berechnet eine Positionsabweichung des Halbleiterwafers 12 auf der Grundlage der durch den zweidimensionalen CCD-Sensor 20a eingegebenen Signale. Die Berechnungseinheit 26 erzeugt auf der Grundlage der Berechnungsergebnisse Gegenkopplungssignale zum Steuern einer Position eines Winkels der Infrarotstrahlungsquelle 16. Die durch die Berechnungseinheit 26 erzeugten Gegenkopplungssignale werden an den Infrarotstrahlungsquellen-Steuermechanismus 28 ausgegeben. Der Infrarotstrahlungs-Steuermechanismus 28 steuert eine Position und einen Winkel der Infrarotstrahlungsquelle 16 auf der Grundlage der Gegenkopplungssignale von der Berechnungseinheit 26.

Demnach weist die Infrarotstrahlungsquelle 16 eine Position und einen Winkel auf, der so festgelegt ist, dass die Infrarotstrahlung auf die geneigte Fläche 14 des Halbleiterwafers 12 bei einer geeigneten Position mit einem geeigneten Winkel angewandt wird.

Die folgenden Schritte des Oberflächenzustands- Überwachungsverfahrens gemäss der vorliegenden Ausführungsform sind dieselben wie diejenigen der ersten Ausführungsform, und deren Erläuterung wird nicht wiederholt.

Wie oben beschrieben, wird gemäss der vorliegenden Ausführungsform die Laserstrahlquelle so verwendet, dass Laserstrahlen eine geschlossene Spur zum Detektieren einer Positionsabweichung eines Halbleiterwafers verfolgen bzw. durchlaufen, wodurch sich die Positionsabweichung des Halbleiterwafers schneller detektieren lässt. Ferner kann gemäss der vorliegenden Ausführungsform ein zweidimensionaler CCD-Sensor vorgesehen sein, wodurch das Oberflächenzustands-Überwachungsgerät kostengünstig wird.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, und sie kann andere zahlreiche Modifikationen abdecken.

Beispielsweise wird bei der ersten bis dritten Ausführungsform die Laserstrahlquelle verwendet. Jedoch ist die Laserstrahlquelle nicht wesentlich, und irgendwelche Strahlungsquellen können geeignet solange verwendet werden, solange die Strahlungsquelle Strahlung mit Wellenlängen emittiert, die sich von denjenigen der Infrarotstrahlung als einer Teststrahlung unterscheiden.

Bei der ersten Ausführungsform emittiert die Laserstrahlquelle 18 im wesentlichen parallele Laserstrahlen, und die Laserstrahlquelle 22 emittiert einen dünn gebündelten Laserstrahl. Es ist möglich, dass beide Laserstrahlquellen 18, 22 im wesentlichen parallele Laserstrahlen emittieren.

Bei der ersten und zweiten Ausführungsform wird eine Positionsabweichung sowohl entlang der X-Richtung als auch der Y-Richtung detektiert, jedoch können beide im wesentlichen nicht detektiert werden. D. h., beispielsweise dann, wenn eine Y-Richtungs-Positionsabweichung extrem klein ist, kann eine X-Richtungs-Positionsabweichung allein detektiert werden. Eine Y-Richtungs-Positionsabweichung allein kann ohne Detektieren einer X-Richtungs- Positionsabweichung detektiert werden.

Bei der zweiten und dritten Ausführungsform wird eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers lediglich bei einer Position detektiert, jedoch kann sie bei mehreren Positionen detektiert werden, wodurch sich die Positionsabweichungen der Halbleiterwafer mit hoher Genauigkeit detektieren lassen.

Bei der zweiten und dritten Ausführungsform erfolgt das Steuern einer Position und eines Winkels der Infrarotstrahlungsquelle, jedoch lässt sich die Waferbefestigung so steuern, dass sie eine Positionsabweichung eines Halbleiterwafers steuert.

Bei der zweiten Ausführungsform wird der zweidimensionale CCD-Sensor verwendet, jedoch kann ein linearer CCD-Sensor verwendet werden.

Bei der dritten Ausführungsform sind eine Laserstrahlquelle und ein zweidimensionaler CCD-Sensor vorgesehen, jedoch können mehrere Laserquellen und mehrere zweidimensionalen CCD-Sensoren vorgesehen werden, wodurch sich die Positionsabweichungen der Halbleiterwafer mit hoher Genauigkeit detektieren lassen.

Bei der ersten bis dritten Ausführungsform erfolgt die Positionsdetektion anhand der Halbleiterwafer, jedoch kann sie für irgendwelche zu überwachende Substrate erfolgen, die sich von Halbleiterwafern unterscheiden.

Claims (19)

1. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät, enthaltend:
ein optisches Eintrittssystem zum Einführen von Infrarotstrahlung in ein zu überwachendes Substrat;
ein optisches Detektionssystem zum Detektieren der Infrarotstrahlung, die Mehrfachreflexionen innerhalb des zu überwachenden Substrats durchläuft und das zu überwachende Substrat verlässt;
eine Oberflächenzustands-Überwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Oberflächenzustands einer Oberfläche eines zu überwachenden Substrats auf der Grundlage einer durch das optische Detektionssystem detektierten Infrarotstrahlung;
eine Positionsdetektionsvorrichtung zum optischen Detektieren einer Position des zu überwachenden Wafers; und
eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Position und eines Winkels, mit dem die Infrarotstrahlung bei dem zu überwachenden Substrat eintritt, gemäss der Position des zu überwachenden Substrats, die durch die Positionsdetektionsvorrichtung detektiert wird.

2. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung das optische Eintrittssystem steuert, um hierdurch eine Position und einen Winkel zu steuern, mit dem die Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat eintritt.

3. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung die Waferbefestigung zum Angleichen einer Position des zu überwachenden Substrats steuert, um hierdurch eine Position und einen Winkel zu steuern, mit dem die Infrarotstrahlung in das zu überwachende Substrat eintritt.

4. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Positionsdetektionsvorrichtung oberhalb eines Umfangrands des zu überwachenden Substrats angeordnet ist und eine erste Strahlungsquelle zum Anlegen einer ersten Strahlung an einen Umfangsrand des zu überwachenden Substrats enthält, sowie einen ersten Fotodetektor, der entgegengesetzt zu der ersten Strahlungsquelle quer zu dem Umfangsrand des zu überwachenden Substrats angeordnet ist, zum Detektieren der ersten Strahlung; und
die Positionsdetektionsvorrichtung eine Position des zu überwachenden Substrat entlang der horizontalen Richtung detektiert, und zwar auf der Grundlage einer Strahlungsposition, die durch den ersten Fotodetektor detektiert wird.

5. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Positionsdetektionsvorrichtung eine zweite Strahlungsquelle enthält, zum Anlegen einer zweiten Strahlung zu dem Umfangsrand des zu untersuchenden Substrats, sowie einen zweiten Fotodetektor zum Detektieren der zweiten von dem Umfangsrand reflektierten Strahlung; und
der zweiten durch den Umfangsrand detektierten Strahlung; und
die Positionsdetektionsvorrichtung eine Vertikalposition des zu untersuchenden Substrats detektiert, auf der Grundlage einer Position der Strahlung, die durch den zweiten Fotodetektor detektiert wird.

6. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Positionsdetektionsvorrichtung eine zweite Strahlungsquelle enthält, zum Anlegen einer zweiten Strahlung zu dem Umfangsrand des zu untersuchenden Substrats, sowie einen zweiten Fotodetektor zum Detektieren der zweiten von dem Umfangsrand reflektierten Strahlung; und
der zweiten durch den Umfangsrand detektierten Strahlung; und
die Positionsdetektionsvorrichtung eine Vertikalposition des zu untersuchenden Substrats detektiert, auf der Grundlage einer Position der Strahlung, die durch den zweiten Fotodetektor detektiert wird.

7. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlung und/oder die zweite Strahlungsquelle die erste Strahlung und/oder die zweite Strahlungsquelle bei einem Gebiet mit einer Position für Infrarotstrahlung für den Eintritt in das zu überwachende Substrat anwendet.

8. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlung und/oder die zweite Strahlungsquelle die erste Strahlung und/oder die zweite Strahlungsquelle bei einem Gebiet mit einer Position für Infrarotstrahlung für den Eintritt in das zu überwachende Substrat anwendet.

9. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsquelle und/oder die zweite Strahlung die erste Strahlung und/oder die zweite Strahlungsquelle bei einem Gebiet mit einer Position für Infrarotstrahlung für den Eintritt in das zu überwachende Substrat anwendet.

10. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsquelle und/oder die zweite Strahlungsquelle die erste Strahlung und/oder die zweite Strahlung um eine Position für Infrarotstrahlung für den Eintritt in das zu untersuchende Substrat herum führt bzw. leitet.

11. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsquelle und/oder die zweite Strahlungsquelle die erste Strahlung und/oder die zweite Strahlung um eine Position für Infrarotstrahlung für den Eintritt in das zu untersuchende Substrat herum führt bzw. leitet.

12. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsquelle und/oder die zweite Strahlungsquelle die erste Strahlung und/oder die zweite Strahlung um eine Position für Infrarotstrahlung für den Eintritt in das zu untersuchende Substrat herum führt bzw. leitet.

13. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsdetektionsvorrichtung optisch eine Position des zu überwachenden Substrats bei mehreren Positionen entlang dem Umfangsrand des zu überwachenden Substrats detektiert.

14. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlung und/oder die zweite Strahlung Strahlung mit einer Wellenlänge unterschiedlich zu den Wellenlängen der Infrarotstrahlung ist.

15. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlung und/oder die zweite Strahlung Strahlung mit einer Wellenlänge unterschiedlich zu den Wellenlängen der Infrarotstrahlung ist.

16. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fotodetektor und/oder der zweite Fotodetektor in eindimensionaler oder zweidimensionaler Weise eine Position des zu untersuchenden Substrats detektiert.

17. Oberflächenzustands-Überwachungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fotodetektor und/oder der zweite Fotodetektor in eindimensionaler oder zweidimensionaler Weise eine Position des zu untersuchenden Substrats detektiert.

18. Oberflächenzustands-Überwachungsverfahren zum Überwachen eines Oberflächenzustands eines zu untersuchenden Substrats durch Einführen von Infrarotstrahlung in das zu untersuchende Substrat, durch Detektieren der Infrarotstrahlung, die Mehrfachreflexionen in dem zu untersuchenden Substrat durchlaufen hat und die von dem zu untersuchenden Substrat ausgetreten ist, sowie Analysieren der detektierten Infrarotstrahlung, derart, dass eine Position des zu untersuchenden Substrats optisch detektiert wird und eine Position und ein Winkel, mit der bzw. dem die Infrarotstrahlung bei dem zu untersuchenden Substrat eintritt, gemäss der detektierten Position des zu untersuchenden Substrats gesteuert wird.

19. Oberflächenzustands-Überwachungsverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Überwachung mehrfach unter Drehung des zu untersuchenden Substrats zum Überwachen einer Oberfläche des zu untersuchenden Substrats wiederholt wird, und zwar im wesentlichen über die gesamte Oberfläche, vor dem jeweiligen Überwachen eine Position des zu untersuchenden Substrats optisch detektiert wird, und eine Position und ein Winkel der bei dem zu untersuchenden Substrat einzuführende Infrarotstrahlung gemäss der detektierten Position des zu untersuchenden Substrats gesteuert wird.