DE19534742C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von atomarem Wasserstoff in einem Mikroelektronik-Fertigungsreaktor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von atomarem Wasserstoff in einem Mikroelektronik-Fertigungsreaktor. Verfahren und Vor­ richtungen zum Erfassen von atomarem Wasserstoff werden bei­ spielsweise zum Nachweis der örtlichen Konzentrationsvertei­ lung von atomarem Wasserstoff in Beschichtungs- und Ätzanla­ gen für die Halbleiterfertigung verwendet.

Ein technisches Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung umfaßt die Spezifizierung von Quellen zur Erzeugung von ato­ marem Wasserstoff, d. h. Wasserstoffradikalen, insbesondere von Plasmaquellen, sowie die Entwicklung von MOS-kompati­ blen (MOS = Metal Oxid Semiconductor = Metalloxid-Halblei­ ter) Abscheide- und Ätzprozessen, die atomaren Wasserstoff als Prozeßgas einsetzen.

Es sind mehrere Möglichkeiten bekannt, atomaren Wasserstoff, beispielsweise bei derartigen Prozessen, zu erfassen. Das SU-Patent 446466 offenbart eine massenspektroskopische Er­ fassung nach der Abtrennung durch eine Palladium-Membran. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß dasselbe nicht ortsauflösend ist.

Das SU-Patent 1282238 lehrt eine Erfassung durch eine Reak­ tion des atomaren Wasserstoffs mit Selen oder Schwefel. Da eine solche Reaktion jedoch eine Kontamination bewirkt, ist dieselbe nicht MOS-kompatibel.

Eine weitere Möglichkeit, atomaren Wasserstoff zu erfassen, wird in dem SU-Patent 638033 gelehrt. Das in demselben of­ fenbarte Verfahren basiert auf einer Reaktion des Wasser­ stoffs mit Kupfer oder Palladium-Oxiden und einer nachfol­ genden Erfassung des Reaktionsprodukts Wasser mit einem Mas­ senspektrometer. Dieses Verfahren ist jedoch weder ortsauf­ lösend noch MOS-kompatibel.

H. Wise, B.J. Wood, Adv. At. Mol. Phys. 3 (1967) 291, lehren die Erfassung von atomarem Wasserstoff mittels eines Thermo­ elementes, einer sogenannten Enthalpie-Sonde. Mit einem sol­ chen Element ist jedoch eine laterale Ortsauflösung schwer realisierbar. Ferner weist dasselbe eine geringe Selektivi­ tät auf atomaren Wasserstoff auf. Weiterhin ist es einer Störung durch elektrische Felder unterworfen.

Eine weitere Möglichkeit zur Erfassung atomaren Wasserstoffs basiert auf der Reaktion mit organischen Farbstoffen auf ei­ nem dispersen Aluminiumoxid. Solche Farbstoffe können bei­ spielsweise Indigocarmin (siehe Copaux, Perperot, Hocart, Bl. Soc. chim. 37 (1925) 141) oder Aluminium (Triammonium­ aurintricarboxylat) (siehe SU-Patent 1695181) sein. Jedoch weist dieses Erfassungsverfahren mehrere Nachteile auf. Auf­ grund einer möglichen Kontamination ist dasselbe nicht MOS- kompatibel. Ferner ist es nicht Vakuum-kompatibel, da das Trägermaterial hygroskopisch ist. Schließlich besteht die Gefahr einer Partikelbildung.

Aus den "Chemical Abstracts", Bd. 121, 1994, Nr. 45318t, und den "Chemical Abstracts", Bd. 120, 1994, Nr. 15876k, ist be­ kannt, daß H-Atome bei einer Reaktion mit WO₃-Dünnfilmen Farbzentren in den WO₃-Dünnfilmen bilden.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vor­ liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Orts- und Zeit-auflösenden Erfassen von atomarem Wasserstoff in einem Mikroelektronik-Fertigungs­ reaktor zu schaffen, wobei durch die Erfassung keine Konta­ mination der Umgebung stattfindet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erfassen von ato­ marem Wasserstoff gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Vorrich­ tung zur Erfassung von atomarem Wasserstoff gemäß Patentan­ spruch 13 gelöst.

Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung erlauben die Erfassung der lateralen Konzentrationsvertei­ lung, besonders in Hinsicht auf die Homogenität einer Was­ serstoff-Quelle, von atomarem Wasserstoff am Substratort zur Prozeßentwicklung in Reaktoren zur Abscheidung und zum Ätzen von Schichten in der Fertigungstechnik der Mikroelektronik. Zu einer derartigen Verwendung ist die Detektorschicht aus WO₃ vorzugsweise auf einer Trägervorrichtung angebracht, die Meßeinrichtungen aufweist, um das Reaktionsprodukt WO₂ zu erfassen, um das Vorliegen von atomarem Wasserstoff zu be­ stimmen. Durch das Vorsehen mehrerer derartiger Meßeinrich­ tungen kann eine laterale Ortsauflösung exakt am Ort des zu verarbeitenden Substrats geschaffen werden. Gleichzeitig zu der Ortsauflösung liefert eine solche Erfassung auch eine Zeitauflösung.

Aufgrund seiner gegenüber WO₃ unterschiedlichen Eigenschaf­ ten kann das Reaktionsprodukt WO₂ einfach und schnell durch eine optische oder elektrische Vermessung erfaßt werden, wo­ durch eine einfache Bestimmung des Vorliegens von atomarem Wasserstoff möglich ist. Ein weiterer Vorteil der vorliegen­ den Erfindung besteht darin, daß dieselbe ein Verfahren und eine Vorrichtung liefert, die auf atomaren Wasserstoff hoch­ selektiv sind und im Vakuum funktionsfähig sind. Das Verfah­ ren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind zu MOS-Prozessen in der Halbleiterfertigung kompatibel, da Wolfram in der MOS-Fertigung im Metallisierungsbereich eingesetzt wird. Die Umgebung, beispielsweise der Reaktor zur Abscheidung und zur Ätzung von Schichten in der Ferti­ gungstechnik der Mikroelektronik, wird nicht mit Wasser, Kohlenwasserstoffen und in der MOS-Fertigung zu vermeidenden Metallen, beispielsweise Kupfer und Edelmetalle, kontami­ niert. Ferner ist eine Partikelbildung durch einen kompakten Schichtaufbau vermieden.

Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Er­ findung in einem Mikroelektronik-Fertigungsreaktor;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-B von Fig. 3 einer Vorrichtung zur Erfassung von atomarem Wasserstoff gemäß einem Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung; und

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Trägervorrichtung gemäß ei­ nem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Erfassen von atomarem Wasserstoff näher er­ läutert.

In Fig. 1 ist ein Reaktor 10, beispielsweise ein Mikroelek­ tronik-Fertigungsreaktor, gezeigt, der eine Quelle zur Er­ zeugung atomaren Wasserstoffs (H*-Quelle 20) aufweist. Ein derartiger Reaktor dient zur Abscheidung und zum Ätzen von Schichten eines Substrats bei der Fertigungstechnik der Mi­ kroelektronik. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfin­ dung kann vorzugsweise in einem solchen Reaktor durchgeführt werden. Dazu wird eine WO₃-Detektorschicht 30 an der Stelle des zu verarbeitenden Substrats in den Reaktor eingebracht. Diese Detektorschicht 30 ist vorzugsweise auf einer Träger­ vorrichtung, die ein Substrat 40 sein kann, angebracht. Bei dieser Anordnung kann mittels des erfindungsgemäßen Verfah­ rens die H*-Quelle 20 Orts- und Zeit-auflösend spezifiziert werden.

Wie bezugnehmend auf Fig. 1 erwähnt wurde, ist die Detektor­ schicht 30 vorzugsweise auf einer Trägervorrichtung 40 ange­ bracht. Im folgenden werden kurz mehrere Verfahren zum Auf­ bringen der Detektorschicht auf die Trägervorrichtung, die aus einem Prozeßsubstrat, beispielsweise Si, GaAs, usw., be­ stehen kann, erläutert.

Die erste Möglichkeit besteht darin, WO₃ in der oxidierten Form auf die Trägervorrichtung aufzubringen. Dies kann mit­ tels einer direkten Abscheidung von WO₃ durch Aufdampfen mittels thermischer Verdampfung von WO₃ erreicht werden. (Siehe S.K. Deb, Phil. Mag. 27 (1973) 801; A.Y. Kuznetsov, B.P. Kryzhanovskii, V.M. Troitskii, SU Pat. 128008 (1959); E.K. Müller, B.J. Nicholson, G.L′E. Turner, J. Electrochem. Soc. 110 (1963) 969. Ferner kann WO₃ durch reaktives Sput­ tern eines Wolfram-Targets in einer Ar/O₂-Atmosphäre direkt abgeschieden werden, wie bei M.L. Lieberman, R.C. Medrud, J. Electrochem. Soc. 116 (1969) 242, beschrieben ist. Eine di­ rekte Abscheidung von WO₃ ist auch durch eine Hydrolyse ei­ ner alkoholischen WCl₆-Lösung bei einer erhöhten Temperatur möglich. (Siehe dazu Z.V. Shirishina, N.V. Suikovskaya, Zh. Prikl. Khim. 33 (1960) 1001).

Ferner kann eine WO₃-Detektorschicht auf eine Trägervorrich­ tung aufgebracht werden, indem Wolfram auf derselben abge­ schieden und nachfolgend einer Oxidation unterzogen wird. Dazu kann beispielsweise Wolfram durch Sputtern oder eine Abscheidung aus der Gasphase (CVD; CVD = Chemical Vapor De­ position) abgeschieden und nachfolgend in einer O₂- bzw. O₂/Inertgas-Atmosphäre oberhalb von 300°C zu WO₃ oxidiert werden (siehe E. Nachtigall, Z. Metallk. 43 (1952) 23). Die an das Abscheiden von Wolfram anschließende Oxidation zu WO₃ kann auch in einem O₂-Plasma durchgeführt werden, wie von D. Husted, L. Gruss, T. Mackus, J. Electrochem. Soc. 118 (1971) 1989, gelehrt wird. Alternativ kann Wolfram, nachdem es durch Sputtern oder eine CVD abgeschieden ist, in Ozon bei einer erhöhten Temperatur zu WO₃ oxidieren. Eine anodische Oxidation zu WO₃ in einem alkalimetallionenfreien Elektro­ lyten, siehe J. Sarakinos, J. Spyridelis, Thin Solid Films 27 (1975) 239, nach dem Abscheiden von Wolfram durch Sput­ tern oder eine CVD ist eine weitere Möglichkeit, um eine WO₃-Detektorschicht auf eine Trägervorrichtung aufzubringen.

Die Anordnung aus Detektorschicht 30 und Trägervorrichtung 40 wird gemäß dem bevorzugten Verfahren nun in einen Mikro­ elektronik-Fertigungsreaktor 10 eingebracht. Dabei wird die mit der Detektorschicht versehene Trägervorrichtung über die standardmäßige Einschleusvorrichtung, die zum Einbringen der zu bearbeitenden Substrate dient, in den Reaktor eingebracht und in der Prozeßposition, d. h. in der Position, in der auch ein zu bearbeitendes Substrat abgelegt wird, abgelegt. Der Zeitpunkt nach dem Einbringen ist in Fig. 1 dargestellt. Nachfolgend wird die H*-Quelle 20, die Quelle zur Erzeugung atomaren Wasserstoffs oder Wasserstoffradikalquelle, für eine bestimmte Zeit in Betrieb gesetzt, wobei der atomare Wasserstoff auf die Oberfläche der WO₃-Detektorschicht strömt und nach folgender Gleichung mit derselben reagiert.
WO₃ + 2 H* → WO₂ + H₂O.

Diese Reaktion von WO₃ mit atomarem Wasserstoff (H*) tritt bereits bei Raumtemperatur auf, wie bei Langmuir, Mackay, J. Am. Soc. 36 (1914) 1708, beschrieben ist, während eine Reak­ tion mit molekularem Wasserstoff (H₂) erst oberhalb von 400°C abläuft, wie bei J.E. Benson, H.W.Kohn, H.W. Boudart, J. Catalysis 5 (1966) 307, beschrieben ist.

Unterhalb dieser Temperatur, 400°C, verläuft die oben be­ schriebene Reaktion also selektiv mit atomarem Wasserstoff. Daher kann das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Tempera­ tur unter 400°C, vorzugsweise bei Zimmertemperatur, durchge­ führt werden.

Die oben genannte Reaktion wird abgebrochen, bevor die WO₃- Schicht vollständig umgesetzt ist, indem die Vorrichtung aus Detektorschicht 30 und Trägervorrichtung 40 aus dem Reaktor ausgeschleust wird. Nach dem Ausschleusen der Vorrichtung wird die Detektorschicht 30 gemäß dem vorliegenden Verfahren einer Auswertung unterzogen, indem das Reaktionsprodukt WO₂ in der WO₃-Detektorschicht erfaßt wird. Die Detektorschicht kann dabei an Luft gelagert werden, da WO₂ unter Normalbe­ dingungen keine merkliche Reaktion mit Sauerstoff oder Was­ ser zeigt, weshalb das Ergebnis nicht beeinflußt wird.

Die Erfassung des Reaktionsprodukts WO₂ in der WO₃-Detektor­ schicht kann auf verschiedene Arten erfolgen. Dabei folgt die Erfassung durch die Auswertung der Verteilungsdichte des Reaktionsproduktes WO₂ auf der Basis der stark unterschied­ lichen optischen und elektrischen Eigenschaften von WO₂ und WO₃.

Da die beiden Substanzen WO₂ und WO₃ stark unterschiedliche Eigenfarben aufweisen, WO₃ hellgelb und WO₂ stahlblau bis schwarz, ist durch eine visuelle Betrachtung eine qualita­ tive Auswertung oder Bestimmung möglich. Eine Quantifizie­ rung der Verteilung kann dann unter Einsatz eines optischen Aufzeichnungssystems, das eine entsprechende Bildauswertung aufweist, erfolgen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine quantifizieren­ de Auswertung mit Hilfe eines ortsauflösend messenden Ellip­ someters unter Ausnutzung der stark unterschiedlichen Bre­ chungsindizes von WO₃ und WO₂ durchzuführen.

Es ist ferner möglich, die Bestimmung auf der Basis der stark unterschiedlichen, spezifischen elektrischen Schicht­ widerstände von WO₃ und WO₂ durchzuführen. WO₃ weist einen spezifischen elektrischen Schichtwiderstand von 10⁴ bis 10¹⁶ Ωcm auf (siehe 1. Lefkowitz, M.B. Dowell, M.A. Shields, J. Solid State Chem. 15 (1975) 24, D. Husted, L. Gruss, T. Mackus, J. Electrochem. Soc. 118 (1971) 1989). WO₂ weist einen spezifischen elektrischen Schichtwiderstand von 10^-3 bis 1 Ωcm auf (siehe D.B. Rogers, R.D. Shannon, A.W. Sleight, J.L. Gillson, Inorg. Chem. 8 (1969) 841, O. Glem­ ser, H. Sauer, Z. Anorg. Allgem. Chem. 252 (1943) 144. Folg­ lich ist eine quantifizierende Auswertung oder Bestimmung mit Hilfe eines ortsauflösend messenden Widerstandsmeßgerä­ tes möglich. Vorzugsweise wird eine derartige Bestimmung mittels einer Vier-Punkt-Messung durchgeführt. Eine Vorrich­ tung zur Durchführung einer derartigen Messung wird nachfol­ gend erläutert. Eine solche Messung zur Bestimmung des Vor­ liegens von atomarem Wasserstoff wird während des Betriebs oder während einer kurzzeitigen Betriebsunterbrechung der Wasserstoff-Quelle 20 durchgeführt.

Nach dem Erfassen des atomaren Wasserstoffs kann die Detek­ torschicht 30 nach einem der zum Aufbringen der Detektor­ schicht 30 auf einer Trägervorrichtung 40 erläuterten Ver­ fahren regeneriert werden. Alternativ kann die WO₃-Detektor­ schicht nach der Bestimmung mittels eines Naß- oder Trocken­ ätzverfahrens vollständig entfernt werden, wobei danach mit­ tels eines der genannten Verfahren eine neue Detektorschicht auf die Trägervorrichtung aufgebracht wird.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung beschrieben, die zur in situ-Messung der örtli­ chen Konzentrationsverteilung atomaren Wasserstoffs geeignet ist. Eine solche Vorrichtung zur Widerstandsmessung, um das Vorliegen von atomarem Wasserstoff auf der Basis des Reak­ tionsprodukts WO₂ zu bestimmen, ist in den Fig. 2 und 3 ge­ zeigt. Eine derartige Vorrichtung ist zur Erfassung von ato­ marem Wasserstoff in einem Mikroelektronik-Fertigungsreaktor geeignet.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist als Trägervorrichtung ein Substrat 50 verwendet. Diese Substrat kann als beliebiges ebenes für den zu charakterisierenden Reaktor geeignetes Standardsubstrat gewählt werden. Für einen Reaktor zur Fer­ tigung von Silizium-Substraten wird als Träger für die De­ tektorschicht vorzugsweise ein Silizium-Substrat verwendet. Auf das Substrat ist eine Isolierschicht 60 aufgebracht. Diese Schicht besteht aus einem geeigneten Standardmaterial aus der jeweiligen Prozeßumgebung, beispielsweise SiO₂ oder Si₃N₄ und weist eine typische Dicke von 0,1 bis 5 µm auf. Die Isolierschicht 60 dient dazu, das Substrat 50 von Meß­ kontakten 70 und Verdrahtungen, die nachfolgend aufgebracht werden, zu isolieren. Bei Verwendung eines isolierenden Sub­ strats anstelle des Substrats 50 kann diese Isolierschicht 60 weggelassen werden.

Die Meßkontakte 70 sowie die Verdrahtungen derselben werden nach dem Aufbringen der Isolierschicht 60 auf dieselbe auf­ gebracht. Die Meßpunkte und Verdrahtungen bestehen aus einem Metall, das vorzugsweise eine gute Leitfähigkeit aufweist, beispielsweise Al, W, Ta, Cr, Ni, das mit der jeweiligen Prozeßumgebung kompatibel ist, beispielsweise MOS-kompati­ bel, um Kontaminationen zu vermeiden. Die Meßpunkte und die Verdrahtungen derselben können beispielsweise in der Form einer strukturierten Metallschicht aufgebracht werden.

Diese Metallschicht ist vorzugsweise in der Weise struktu­ riert, daß jeweils vier in einer Reihe angeordnete Meßkon­ takte 70, die ein Modul mit jeweils einer 4-Punkt-Meßanord­ nung zur Messung des spezifischen Widerstands der Detektor­ schicht bilden, und Signalleitungen zu Kontaktierungsfeldern am Substratrand erzeugt werden. Die typische Dicke der Me­ tallschicht beträgt 0,1 bis 5 µm, wobei der typische Abstand zweier Meßkontakte 70 jeweils 0,1 bis 5 mm beträgt. Der Durchmesser der Meßkontakte 70 beträgt 1 bis 100 µm.

In Fig. 3, die eine Draufsicht einer Trägervorrichtung in der Form eines Substrats 50 darstellt, sind fünf Module 80a bis 80e gezeigt, die jeweils eine 4-Punkt-Meßanordnung dar­ stellen. Um eine raumauflösende Erfassung des atomaren Was­ serstoffs zu ermöglichen, sind mindestens zwei und idealer­ weise mehrere zehn dieser Module gleichmäßig verteilt über dem Substrat angeordnet.

Nach dem Aufbringen der strukturierten Metallschicht wird auf derselben eine weitere Isolierschicht 90 aufgebracht, um die Meßkontakte 70 elektrisch voneinander zu isolieren. Die­ se Isolierschicht 90 besteht ebenfalls aus einem geeigneten Standardmaterial der Prozeßumgebung, beispielsweise SiO₂₁ Si₃N₄, vorzugsweise demselben wie die Isolierschicht 60, mit einer typischen Dicke von 0,1 bis 5 µm. Über den Meßkontak­ ten wird die Isolierschicht 90 mit einem standardmäßigen Naß- oder Trocken-Ätzschritt geöffnet, damit zwischen den­ selben und der nachfolgend aufgebrachten WO₃-Detektorschicht 100 ein Kontakt gebildet wird.

Die Detektorschicht 100 kann nach einem der oben genannten Verfahren zum Aufbringen einer WO₃-Detektorschicht auf eine Trägervorrichtung aufgebracht sein. Dabei ist die Detektor­ schicht homogen durchoxidiert, wenn sie durch das Abscheiden und nachfolgende Oxidieren von Wolfram aufgebracht worden ist.

Die Module 80a bis 80e sind von den Meßkontakten 70 weg über Kontaktierungsfelder am Substratrand mit einem geeigneten Widerstandsmeßgerät verbunden. Zur Minimierung der Zahl der Signalleitungen ist eine Signalübertragung mittels eines auf dem Substrat integrierten Signalmultiplexers möglich. In diesem Fall kann das Signal auch über einen Hochfrequenzsen­ der an die Auswertevorrichtung übertragen werden.

Die oben beschriebene Vorrichtung ermöglicht eine örtlich auflösende Messung der durch die Reaktion der WO₃-Detektor­ schicht 100 mit atomarem Wasserstoff hervorgerufene Ernie­ drigung des spezifischen Widerstands der WO₃-Detektor­ schicht. Durch die Reaktion wird eine Parallelschaltung der hochohmigen WO₃- und der niederohmigen WO₂-Schicht erzeugt. Dadurch ist eine Bestimmung der örtlichen Verteilung der Konzentration des atomaren Wasserstoffs möglich.

Ein besonderer Vorteil dieser Vorrichtung ist die zeitliche Auflösung der Messung und damit der Bestimmung des atomaren Wasserstoffs. Ferner kann dadurch der Arbeitspunkt des De­ tektors kontrolliert werden, derart, daß optional bis zur vollständigen Reduktion der WO₃-Schicht gemessen werden kann.

Im folgenden wird kurz ein Ausführungsbeispiel zur Verwen­ dung des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Er­ findung bei der Entwicklung eines CVD-Prozesses zur Herstel­ lung von dünnen Titannitridschichten für die MOS-Metallisie­ rung angegeben. Dabei reagiert atomarer Wasserstoff aus ei­ ner Plasmaquelle auf der Substratoberfläche des mit der Ti­ tannitridschicht zu versehenden Substrats, das beispielswei­ se einen Durchmesser von 150 mm aufweist, mit einem metall­ organischen Prekursor, wodurch eine Verringerung der Koh­ lenstoffverunreinigung der TiN-Schicht gegenüber der Ab­ scheidung ohne atomaren Wasserstoff bewirkt wird (siehe A. Intemann, H. Körner, F. Koch, J. Electrochem. Soc. 140 (1993) 3215). Zur Optimierung dieses Prozesses ist es not­ wendig, am Substratort, d. h. an dem Ort, an dem sich das Substrat befindet, wenn die dünne Titannitridschicht aufge­ bracht wird, eine möglichst hohe und homogen verteilte Kon­ zentration an atomarem Wasserstoff zu erhalten. Das be­ schriebene Verfahren und die Vorrichtung erlauben die direk­ te und prozeßunabhängige Bestimmung dieser Konzentration am Substratort. Damit ist auf eine einfache Weise die Kontrolle des Erfolgs konstruktiver und prozeßtechnischer Maßnahmen zur Prozeßoptimierung möglich.

Alternativ zu der gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschriebenen Vorrichtung zum Messen des spezifischen Wider­ stands zur Erfassung von atomarem Wasserstoff kann eine Vor­ richtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein optisches Auf­ zeichnungssystem aufweisen. Mit einem solchen ist es mög­ lich, aufgrund der stark unterschiedlichen Eigenfarben von WO₃ und WO₂ eine qualitative Bestimmung des Vorliegens von atomarem Wasserstoff durchzuführen. Ferner kann die Vorrich­ tung zum Erfassen von atomarem Wasserstoff gemäß der vorlie­ genden Erfindung ein Ellipsometer aufweisen, mittels dessen eine quantifizierende Auswertung auf der Basis der stark un­ terschiedlichen Brechungsindizes von WO₃ und WO₂ möglich ist.

Claims (23)

1. Verfahren zum Erfassen von atomarem Wasserstoff in ei­ nem Mikroelektronik-Fertigungsreaktor (10), gekenn­ zeichnet durch folgende Schritte:

• 1.1 Aufbringen einer Detektorschicht (30) aus WO₃ auf eine Trägervorrichtung (40), wobei die Trägervor­ richtung (40) aus einem mit der normalen Prozeßum­ gebung des Mikroelektronik-Fertigungsreaktors (10) kompatiblen Substrat besteht;
• 1.2 Einbringen der Detektorschicht (30) mit der Trä­ gereinrichtung (40) in den Mikroelektronik-Ferti­ gungsreaktor (10);
• 1.3 soweit atomarer Wasserstoff im Bereich der Detek­ torschicht (30) vorhanden ist, Durchführen einer Reaktion zwischen der Detektorschicht (30) und dem atomaren Wasserstoff zur Bildung von WO₂; und
• 1.4 Erfassen des Reaktionsprodukts WO₂ in der WO₃-De­ tektorschicht (30), um das Vorliegen von atomarem Wasserstoff in dem Mikroelektronik-Fertigungsreak­ tor (10) zu bestimmen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das WO₃ der Detektorschicht (30) und der atomare Wasserstoff gemäß folgender Formel reagieren: WO₃ + 2H* → WO₂ + H₂O.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt 1.1 entweder das direkte Aufbringen von WO₃ auf die Trägervorrichtung (40) oder das Auf­ bringen von Wolfram und eine anschließende Oxidation des Wolframs zu WO₃ einschließt.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt 1.3 unterhalb von 400°C, vorzugsweise in der Nähe der Zimmertemperatur, durchgeführt wird.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt 1.3 beendet wird, bevor das WO₃ der Detektorschicht (30) vollständig umgesetzt ist.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt 1.4 das Vorliegen von atomarem Wasser­ stoff mittels einer visuellen Betrachtung bestimmt wird.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt 1.4 das Vorliegen von atomarem Wasser­ stoff mittels eines optischen Aufzeichnungssystems quantitativ bestimmt wird.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt 1.4 das Vorliegen von atomarem Wasser­ stoff mittels eines Ellipsometers quantitativ bestimmt wird.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt 1.3 das Vorliegen von atomarem Wasser­ stoff auf der Basis der unterschiedlichen spezifischen elektrischen Schichtwiderstände von WO₃ und WO₂ quanti­ tativ bestimmt wird.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschicht (30) mit der Trägereinrichtung (40) über eine Einschleusvorrichtung des Mikroelektro­ nik-Fertigungsreaktors, die auch für die mikroelektro­ nischen, zu fertigenden Bauteile verwendet wird, in denselben eingebracht wird.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren während des Betriebs oder einer kur­ zen Betriebsunterbrechung einer Wasserstoffquelle (20) des Mikroelektronik-Fertigungsreaktors (10) durchge­ führt wird.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung des atomaren Wasserstoffs in dem Mikroelektronik-Reaktor (10) an dem Ort durchgeführt wird, an dem ein zu fertigendes Substrat in dem Reaktor verarbeitet wird.

13. Vorrichtung zur Erfassung von atomarem Wasserstoff in einem Mikroelektronik-Fertigungsreaktor (10), gekenn­ zeichnet durch folgende Merkmale:
eine Detektorschicht (30; 100) aus WO₃, die mittels einer Trägervorrichtung (40) in den Mikroelektronik- Fertigungsreaktor (10) einbringbar ist, wobei die Trä­ gervorrichtung (40) aus einem mit der normalen Prozeß­ umgebung des Mikroelektronik-Fertigungsreaktors (10) kompatiblen Substratmaterial besteht; und
eine Erfassungseinrichtung, um ein Reaktionsprodukt WO₂, das aus der Reaktion von WO₃ und atomarem Wasser­ stoff entsteht, zu erfassen, um das Vorliegen von ato­ marem Wasserstoff in dem Mikroelektronik-Fertigungsre­ aktor (10) zu bestimmen.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß die Trägervorrichtung aus einem Substrat (50) be­ steht, auf dem eine Isolierschicht (50, 90) angeordnet ist, wobei in der Isolierschicht (60, 90) isoliert von dem Substrat (50) eine Mehrzahl von Meßmodulen (80a- 80e), die über das Substrat (50) verteilt sind, ange­ ordnet ist, die jeweils aus einer Mehrzahl von Meßkon­ takten (70) bestehen, wobei jeder Meßkontakt (70) einen elektrischen Kontakt zu der auf der Trägervorrichtung (50, 60, 70, 90) aufgebrachten Detektorschicht (100) bildet.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmodule (80a-80e) jeweils eine 4-Punkt-Meß­ anordnung zur Messung des spezifischen Widerstands der Detektorschicht (100) sind.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die 4-Punkt-Meßanordnung aus vier in Serie angeord­ neten Meßkontakten (70) besteht.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkontakte (70) einer 4-Punkt-Meßanordnung ei­ nen Durchmesser zwischen 1 µm und 100 µm aufweisen und um einen Abstand von 0,1 mm bis 5 mm beabstandet sind.

18. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die Meßkontakte (70) durch Signalleitungen mit Kon­ taktierungsfeldern am Rand des Substrats (50) verbunden sind, welche mit einem Widerstandsmeßgerät verbunden sind.

19. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß das Substrat (50) aus Silizium besteht.

20. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (60, 90) aus SiO₂ oder Si₃N₄ be­ steht.

21. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung ein optisches Aufzeich­ nungssystem aufweist.

22. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung ein Ellipsometer auf­ weist.

23. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß das Substrat (50) ein für den Reaktor geeignetes Standardsubstrat ist, das die Isolierschicht (60, 90) aus einem für die Prozeßumgebung des Mikroelektronik- Fertigungsreaktors (10) geeigneten Standardmaterial be­ steht, und das die Meßkontakte (70) und Signalleitungen aus einem Metall bestehen, das mit der jeweiligen Pro­ zeßumgebung des Mikroelektronik-Fertigungsreaktors (10) kompatibel ist.