DE69403593T2

DE69403593T2 - Gerät und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE69403593T2
Application number: DE69403593T
Authority: DE
Inventors: Manabu Edamura; Saburo Kanai; Hiroki Kawada; Kazue Takahashi; Naoyuki Tamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1994-08-16
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2014-08-17
Also published as: US5536359A; JPH0786254A; EP0644574B1; DE69403593D1; EP0644574A1; JP3399040B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Haibleitereinrichtungen und ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen, und insbesondere eine Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen und ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen, die geeignet sind zur Überwachung des Zustands von Reaktionsprodukten, die während einer Behandlung in der Vorrichtung entstehen.
Herkömmliche Trockenätzvorrichtungen haben das Problem, daß sich bei steigender Anzahl der behandelten Wafer auch die Menge an produziertem Staub erhöht, wodurch die Behandlung destabilisiert wird und die Behandlungsbedingungen immer mehr vom ursprünglichen Zustand abweichen, wodurch ungünstige Produkte entstehen und der Ertrag verringert wird. Es wird angenommen, daß der Grund hierfür darin besteht, daß sich Reaktionsprodukte an den Innenwänden der Prozeßkammer und auf der Oberfläche der Bauteile ablagern und daß durch die Reaktionsprodukte Staubpartikel entstehen, wodurch die Behandlung destabilisiert wird. Die Destabilisierung der Behandlung kann auch andere Ursachen haben.
Das Reinigen der abgelagerten Reaktionsprodukte (im folgenden "abgeschiedene Materialien" genannt) führt zwar tatsächlich wieder zum ursprünglichen Ertrag, aber üblicherweise muß dazu die Prozeßkammer der Luft ausgesetzt werden. Wenn die Vorrichtung jedoch einmal der Luft ausgesetzt ist, ist es notwendig, die Evakuierung erneut durchzuführen und die Bedingungen für die Stabilisierung der Behandlung zu schaffen, bevor die Waferbehandlung wieder gestartet wird. Dies führt zu einer Verringerung der Arbeitsleistung der Vorrichtung.
Da die Verringerung der Häufigkeit des Reinigens der Kammer zu einer verbesserten Arbeitsleistung der Vorrichtung führt, ist es wichtig, den richtigen Zeitpunkt für das Durchführen der Reinigung zu bestimmen und die Reinigung so durchzuführen, daß die Zeitspanne bis zum nächsten Reinigen möglichst lang ist. Den richtigen Zeitpunkt für die Reinigung zu bestimmen ist in der gegenwärtigen Situation jedoch schwierig. Zu den Verfahren zur Bestimmung des Reinigungszeitpunkts gehört eines, bei dem ein Probewafer behandelt wird und die Menge des an ihm haftenden Staubes als Bezug genommen wird und eines, bei dem die Menge Staub, die in der Vorrichtung entsteht, überwacht wird. Die Schwierigkeit bei diesen Verfahren liegt darin, daß es starke Unterschiede bei der Staubentstehung gibt und daß die Menge Staub, die an dem Wafer haftet, nicht gleichbleibend ist.
Es wurden Studien durchgeführt, um Prozeßbedingungen zu bestimmen, bei denen die Entstehung von abgeschiedenem Material auf ein Minimum beschränkt wird, und um Arten eines speziellen Gases zu bestimmen, die für die Entfernung abgeschiedenen Materials geeignet sind. Zu diesem Zweck ist es notwendig, den Zustand des abgeschiedenen Materials, das an der Kammer haftet, zu untersuchen sowie das abgeschiedene Material selbst zu analysieren.
Obwohl die Prozeßkammer der Luft ausgesetzt wird, um das abgeschiedene Material für die Analyse zu entnehmen, ist es unmöglich, das abgeschiedene Material während der Behandlung zu analysieren. Deshalb ist die Untersuchung des abgeschiedenen Materials bisher sehr beschränkt. Es ist auch nicht möglich zu untersuchen, wie das abgeschiedene Material im Lauf der Zeit entsteht. Deshalb ist es notwendig, ein Verfahren zu entwickeln, das die Menge des abgeschiedenen Materials bestimmt und den Zustand der Ablagerung überwacht, ohne die Vorrichtung der Luft auszusetzen.
Unter den Verfahren zum Messen der Ablagerungsmenge bzw. der Reaktionsprodukte ist ein Verfahren, bei dem ein Reflektor in der Prozeßkammer angebracht ist, Licht durch ein Fenster, das in der Kammer ausgebildet ist, geworfen wird und der Reflexionsfaktor gemessen wird, um die Menge an abgeschiedenem Material in der Kammer zu berechnen, wie es in der Offenlegungsschrift des japanischen Gebrauchsmusters Nr. 26737/1993 beschrieben ist.
Weiteren verwandten Stand der Technik beinhalten die japanischen Offenlegungsschriften Nr. 183919/1986, 276657/1991 und 12251/1992.
Ein herkömmliches Verfahren, bei dem ein Reflektor eingesetzt wird, benötigt einen optischen Weg vom Fenster zum Reflektor, wodurch die Stelle der Messung in der Kammer beschränkt wird. In Vorrichtungen wie z.B. einer Mikrowellen-Plasma-Ätzvorrichtung, bei denen es notwendig ist, daß ein Fenster vorhanden ist und die Kammer von einem Elektromagneten umschlossen ist, stellt das Anbringen eines Flansches an der Seite der Kammer eine Schwierigkeit dar. Es ist auch schwierig die Zusammensetzung des abgeschiedenen Materials und wie es an der Kammer haftet sowie die Menge zu untersuchen.
Aus den japanischen Patentzusammenfassungen, Band 16, Nr. 163 (P-1341), 21. April 1992 ist eine Vorrichtung zur Entdeckung von Verunreinigungen für eine Reaktionskammer bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt ein transparentes Element, das in der Wand der Kammer angebracht ist und in der Lage ist, Licht zu übertragen, und einen Spiegel, der auf einem Isolator unter einem Wafer in der Kammer angebracht ist. Licht wird von außerhalb der Kammer durch das transparente Element auf den Spiegel gerichtet. Ein Detektor registriert das Licht, das von der Oberfläche des Spiegels reflektiert wird. Der Spiegel befindet sich jedoch an einer verhältnismäßig geschützten Stelle bezüglich eines Auslasses, der in der Kammer ausgebildet ist.
Die US-A-5 232 537 offenbart eine Trockenätzvorrichtung, die eine Einrichtung zur Bestimmung des Ätz-Endpunktes umfaßt. Bei der Trockenätzvorrichtung der US-A-5 232 537 werden Plasmalichtstrahlen, die von einer Vielzahl von Überwachungsbereichen auf einem Wafer ausgesendet werden, mittels Fenster und Lichtleitfasern zu einem Detektor übertragen. Dort wird die Intensität des eintretenden Lichts gemessen. Auf der Basis dieser Messung wird der Ätz-Endpunkt bestimmt.
Bei einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen soll mit der vorliegende Erfindung die Menge des abgeschiedenen Materials, das an der Innenseite der Kammer haftet, an Ort und Stelle leicht bestimmt werden, indem die Lichtmenge, die von der inneren Oberfläche der Kammer diffus reflektiert wird, gemessen wird.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, wird erfindungsgemäß Licht durch eine Lichtleitfaser in die Vorrichtung eingeführt und in der Kammer diffus reflektiert. Im folgenden werden die Ausführungsarten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen beschrieben.
(1) Die Vorrichtung umfaßt eine Kammer und ein transparentes Element, durch das Licht hindurchgeführt wird. Licht wird durch das transparente Element in das Innere der Kammer geleitet. Durch Ausführung von mindestens entweder einer Spektrometrie oder einer Photometrie ist es möglich, den Zustand des Innern der Kammer zu untersuchen, einschließlich des an der inneren Oberfläche der Kammer abgeschiedenen Materials und der in der Kammer vorhandenen Chemikalien, ohne die Kammer der Luft auszusetzen.
(2) Die Vorrichtung umfaßt eine Kammer, ein transparentes, an der Seite einer Lichtquelle angebrachtes Element, das Licht in die Kammer hindurchläßt, und ein weiteres transparentes Element, das mit mindestens entweder einem Photometer oder einem Spektrometer ausgestattet ist, um reflektiertes Licht direkt von der inneren Oberfläche der Kammer abzunehmen.
(3) Die Vorrichtung umfaßt eine Kammer und ein transparentes Element, durch das Licht übertragen wird. Anstatt Licht in das Innere der Kammer einzuführen, wie in (1), wird Licht in dem transparenten Element reflektiert und an vielfach reflektiertem Licht wird mindestens entweder eine Spektrometrie oder eine Photometrie durchgeführt, um den Zustand des Inneren der Kammer zu untersuchen, d.h. um die Menge, Zusammensetzung und/oder Eigenschaft des Materials, das an der Oberfläche des transparenten Elements haftet, zu messen, ohne das Innere der Kammer der Luft auszusetzen.
(4) Die Vorrichtung umfaßt eine Kammer und ein oder mehrere im Inneren der Kammer angeordnete transparente Elemente, durch die Licht übertragen wird. Die transparenten Elemente sind optisch mit einer Lichtleitfaser verbunden, durch die externes Licht in die Kammer geleitet wird. In dem transparenten Element mehrfach reflektiertes Licht wird von der Lichtleitfaser herausgeleitet und wenigstens entweder einer Spektrometrie oder einer Photometrie unterzogen, um zu ermöglichen, in dem Bereich, in dem die transparenten Elemente angebracht sind, die Reaktions-, Abscheidungs- und Ätzvorgänge zu überwachen, während diese Vorgänge ablaufen.
(5) Jede der oben genannten Ausführungsformen (1) bis (4) ist mit einem Bewegungsmechanismus ausgestattet, um das transparente Element in die Kammer hineinzuschieben und aus der Kammer zurückzuziehen oder um es an eine bestimmte Stelle zu bewegen, um zu verhindern, daß die Oberfläche des transparenten Elementes korrodiert und daß dadurch sein Transmissionsfaktor variiert.
(6) Jede der oben genannten Ausführungsformen (1) bis (4) ist mit einem Verschluß versehen, der das transparente Element bedecken kann, um zu verhindern, daß die Oberfläche des transparenten Elementes korrodiert und daß dadurch sein Transmissions faktor variiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen hat eines der folgenden Merkmale.
(7) Licht wird durch ein transparente Element in die Kammer der Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen eingeführt, um das Innere der Kammer zu beleuchten, und das von der Innenwand der Kammer reflektierte Licht wird mindestens entweder einer Spektrometrie oder einer Photometrie unterzogen, um den Zustand des Inneren der Kammer zu überwachen, ohne die Kammer der Luft auszusetzen.
(8) Licht wird innerhalb des transparenten Elements reflektiert, das so angeordnet ist, daß eines seiner Enden in der Kammer offenliegt und das vielfach reflektierte Licht wird mindestens entweder einer Spektrometrie oder einer Photometrie unterzogen, um den Zustand des Inneren der Kammer zu messen, d.h. um die Menge, Zusammensetzung und/oder Eigenschaft des an der Oberfläche des transparenten Elements haftenden Materials zu messen, ohne die Kammer der Luft auszusetzen.
(9) Eine Lichtleitfaser ist optisch mit dem transparenten Element verbunden, das so angeordnet ist, daß eines seiner Enden in der Kammer offenliegt, um externes Licht in das Innere der Kammer einzuführen und vielfach reflektiertes Licht, das innerhalb des transparenten Elements innen reflektiert wurde, wird von der Lichtleitfaser aufgenommen und mindestens entweder einer Spektrometrie oder einer Photometrie unterzogen, um den Zustand des Inneren der Kammer während der Behandlung zu überwachen. Der Einsatz der Lichtleitfaser ermöglicht es, Licht auf eine bestimmte Stelle in der Kammer zu werfen und eine Spektralanalyse des reflektierten Lichts durchzuführen.
(10) Bei den oben beschriebenen Verfahren (7), (8) oder (9), werden der Zustand des an der inneren Oberfläche der Kammer abgeschiedenen Materials, chemische Reaktionen und der Prozeßzustand als Zustand des Inneren der Kammer ausgewählt.
(11) Bei jedem der oben beschriebenen Verfahren (7) bis (10) ist das transparente Element ein in der Kammer ausgebildetes Fenster (z.B. ein Quarzfenster). Mikrowellen werden von der Vorderseite des Fensters her eingeführt, Licht wird von der Seite des Fensters in das Fenster geleitet und das Licht, das im Innern des Fensters reflektiert wird, wird seitlich aus dem Fenster herausgeleitet und mindestens entweder einer Spektrometrie oder einer Photometrie unterzogen, um die Menge und Eigenschaften des im Innern des Fensters der Kammer abgeschiedenen Materials zu berechnen während die Behandlung durchgeführt wird.
(12) Bei jedem der oben beschriebenen Verfahren (7) bis (10) wird die Überwachung des Zustands des Inneren der Kammer vor oder nach mindestens einem der Vorgänge - Abscheidung auf dem Wafer und Ätzen - durchgeführt.
(13) Bei jedem der oben beschriebenen Verfahren (7) bis (10) wird das Ergebnis der Messung des innerhalb der Kammer oder des transparenten Elements reflektierten Lichts verwendet, um eine Anweisung anzuzeigen, die Kammer zu reinigen, indem das Material, das am Innern der Kammer haftet, entfernt wird.
(14) Bei jedem der oben beschriebenen Verfahren (7) bis (10), wird in bezug auf den Vorgang des Entfernens von am Innern der Kammmer haftenden Material, mindestens eine der automatischen Start-, Stop- und Überwachungsfunktionen ausgeführt, basierend auf dem Ergebnis der Messung des in der Kammer oder im transparenten Element reflektierten Lichts.
(15) Bei jedem der oben beschriebenen Verfahren (7) bis (10) werden mindestens das Ergebnis der Messung und der Prozeßzustand angezeigt, basierend auf dem Ergebnis der Messung des in der Kammer oder im transparenten Element reflektierten Lichts.
(16) Bei jedem der oben beschriebenen Verfahren (7) bis (10) wird der Prozeßzustand gesteuert, basierend auf dem Ergebnis der Messung des in der Kammer oder im transparenten Element reflektierten Lichts.
(17) Bei jedem der oben beschriebenen Verfahren (7) bis (10) ist mindestens entweder das eingeführte Licht oder das hinausgehende Licht Infrarotlicht. Das heißt, es wird eine Vorrichtung mit einer Meßeinrichtung zum Messen der Intensität des reflektierten Lichts benutzt, das benutzte Licht ist ein Infrarotstrahl und es wird eine Infrarot-Spektrometrie des reflektierten Lichts durchgeführt. Die Kammer der Vorrichtung kann z.B. ein Fenster für innere Reflexion von Infrarotlicht umfassen. Wie bei einer Mikrowellen-Plasma-Ätzvorrichtung kann Infrarotlicht von der Seite des Mikrowellen einführenden Quarzfensters eingeführt werden.
(18) Bei jedem der oben beschriebenen Verfahren (7) bis (10) wird das Licht mit Hilfe einer Fourier-Transformationsspektroskopie analysiert.
Weiterhin umfaßt eine Trockenätzvorrichtung als eine abgewandelte Form der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen, mindestens eine Kammer, in der das Ätzen durchgefihrt wird, einen Magneten zum Aufbau eines Magnetfeldes und eine Vorrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen und eine Vorrichtung oder ein Verfahren, die in einem der vorstehenden Punkte (1) bis (18) beschrieben sind.
Diese Erfindung kann auch auf ein einen Dünnfilm verwendendes Funktionselement angewendet werden, das von einer Halbleitereinrichtung verkörpert wird und das mit einer Vorrichtung oder einem Verfahren gefertigt wird, die/das in einem der Punkte (1) bis (18) genannt wird.
In anderen Worten, erfindungsgemäß wird Licht, das von der inneren Oberfläche der Kammer reflektiert wird oder innen reflektiertes Licht (insbesondere vielfach reflektiertes Licht), das von der inneren Oberfläche des Fensters (Quarzfenster) reflektiert wird, einer Photometrie oder Spektrometrie unterzogen.
Eine Anwendung dieser Erfindung besteht darin, die innere Oberfläche der Kammer mit einem gebündelten Infrarotstrahl abzutasten, um die Mengenverteilung und die Zusammensetzung des abgeschiedenen Materials an jedem abgetasteten Punkt zu untersuchen. Gemäß der Erfindung, die den oben erwähnten Aufbau hat, wird Licht durch eine Lichtleitfaser in die Kammer eingeführt. Das Licht wird im Inneren der Kammer diffus reflektiert und die Intensität des reflektierten Lichts, das durch eine Licht aufnehmende Lichtleitfaser aus der Kammer ausgetreten ist, wird gemessen. Wenn sich die Menge an abgeschiedenem Material erhöht, sinkt die Menge des gemessenen Lichts. Aus diesem Grund ist es möglich, die Menge des abgeschiedenen Materials zu schätzen und den richtigen Zeitpunkt für das Reinigen der Kammer zu bestimmen, ohne die Kammer der Luft auszusetzen.
Indem man Infrarotlicht einführt und an dem Infrarotlicht, das von der inneren Oberfläche der Kammer und einem Fenster, auf dem abgeschiedenes Material vorhanden ist, reflektiert wird, eine Spektronomie durchführt, ist es möglich, die chemische Zusammensetzung des abgeschiedenen Materials und den Grad der Haftung am Substrat zu messen, ohne die Kammer der Luft auszusetzen, whrend dabei auch der Herstellungsprozeß gesteuert werden kann. Basierend auf den Daten kann der Zeitpunkt für das Reinigen der Kammer und das Entfernen des abgeschiedenen Materials bestimmt werden.
Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren mit einem Fenster nicht das von der Oberfläche reflektierte Licht benutzt, sondern vielfach reflektiertes Licht vom Innern des Fensters. Bei einem anderen Verfahren dieser Erfindung, das von der inneren Oberfläche der Kammer reflektiertes Licht benutzt, wird kein Reflektor benutzt, sondern das reflektierte Licht, das direkt von der inneren Oberläche der Kammer selbst kommt. Beide Verfahren erlauben eine Analyse der Zusammensetzung des abgeschiedenen Materials durch Spektroskopie.
Als erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen werden eine Vorrichtung zur Bildung eines Films, eine Ätzvorrichtung und eine Ascheauftragseinrichtung, als eine Vorrichtung zur Bildung eines Films, eine Vorrichtung zur chemischen Dampfabscheidung (CVD) und eine Vorrichtung zur Molekularstrahl-Epitaxie (MBE) aufgezählt, die Gas oder festes Material zur Filmbildung benutzen. Diese Vorrichtungen umfassen eine Evakuierungseinrichtung zur Reduzierung des Drucks innerhalb des Prozeßbehälters auf unterhalb des atmospherischen Drucks.
Wie oben beschrieben, wird der chemische Zustand des abgeschiedenen Materials und der Kammeroberflächen analysiert und es ist möglich, Kenntnisse zu erlangen über den Einfluß des Mechanismus der Entstehung der Abscheidung, der Korrosion der Kammeroberfläche und des Ätzens. Dies wiederum ermöglicht eine qualitativ hochwertige Behandlung durch die Entwicklung einer Vorrichtung und die Prüfung der Behandlung.
Das Ergebnis der Analyse kann während eines Prozesses oder in der Zeit zwischen den Prozessen an die Prozeßsteuerung rückgeführt werden, wodurch eine präzisere automatische Steuerung der Prozesse und eine Rückleitung des Prozeßzustands an die Vorrichtungsbediener möglich wird.
Das oben Beschriebene ist nicht auf Mikrowellen-Plasma-Ätzvorrichtungen begrenzt, sondern kann bei jeder Art von Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen zur Anwendung kommen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Erfindung in einer Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen, wie einer Ätzvorrichtung, ein relativ kostengünstiges Überwachen von Veränderungen der Menge an abgeschiedenem Material, das am Inneren der Vorrichtung haftet, ohne die Vorrichtung der Luft auszusetzen, und durch die Durchführung einer Spektrometrie ermöglicht sie es, das an der inneren Oberfläche des Reaktors abgeschiedene Material zu analysieren.
Basierend auf den gewonnenen Daten kann der Zeitpunkt zum Reinigen des abgeschiedenen Materials, ein Vorgang bei dem es nötig ist, die Vorrichtung der Luft auszusetzen, präziser als mit einem herkömmlichen Verfahren bestimmt werden. Dies wiederum verringert die Häufigkeit mit der die Vorrichtung der Luft ausgesetzt wird und verhindert unbeabsichtiges Versagen.
Bei der Untersuchung des Zustands und des Mechanismus der Abscheidungen mit durchgreifenden Maßnahmen waren herkömmliche Verfahren bisher sehr beschränkt, da der Zustand der Abscheidungen nur untersucht werden kann, nachdem die Vorrichtung der Luft ausgesetzt wurde. Diese Erfindung macht es jedoch möglich, während einer Behandlung zu prüfen, wie Material abgeschieden wird und das abgeschiedene Material, das nach der Behandlung verbleibt, zu untersuchen, ohne die Vorrichtung der Luft auszusetzen. In anderen Worten, der Mechanismus der Abscheidung und der Zustand des abgeschiedenen Materials, das nach dem Reinigungsvorgang verbleibt, kann direkt untersucht werden, was mit herkömmlichen Verfahren bisher nicht möglich war. Diese Erfindung bietet deshalb eine wichtige Möglichkeit der Bereitstellung eines gründlichen Verfahrens zur Verringerung des abgeschiedenen Materials.
Es werden bevorzugte Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
- Fig. 1 eine Teilschnittansicht einer Mikrowellen-Plasma- Ätzvorrichtung, die eine der Vorrichtungen zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen darstellt, bei der eine Ausführungsform dieser Erfindung angewendet wird, ist;
- Fig. 2 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Menge an diffus reflektiertem Licht und der Menge an abgeschiedenem Material darstellt;
- Fig. 3A und 3B erläuternde Darstellungen eines Mechanismus bei einer Ausführungsform dieser Erfindung sind, die den Quarzstab vor Beschädigung schützt, wobei Fig. 3A den Fall, bei dem der Quarzstab aus der Kammer zurückgezogen ist, und Fig. 3B den Fall zeigt, bei dem der Quarzstab in die Kammer hineinragt;
- Fig. 4 ein Ablaufschema des Verfahrens zum Messen der Menge des reflektierten Lichts durch eine Ausführungsform eines Verfahrens dieser Erfindung zur Vorbereitung von Serienproduktion ist;
- Fig. 5 ein Ablaufschema des Verfahrens zum Messen der Menge an reflektiertem Licht bei einer Ausführungsform eines Verfahrens dieser Erfindung in einem normalen Ätzverfahren ist;
- Fig. 6 eine perspektivische Teilschnittansicht einer Einrichtung einer Ausführungsform dieser Erfindung ist, die das Messen mittels einer Lichtleitfaser erklärt;
- Fig. 7 eine erläuternde Ansicht des Messens mittels eines Sensors zum Analysieren der Oberfläche der Kammer und des abgeschiedenen Materials bei einer Ausführungsform dieser Erfindung ist;
- Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines wesentlichen Teils einer Ausführungsform dieser Erfindung ist, der das auf der Oberfläche des Sensors abgeschiedene Material analysiert;
- Fig. 9 eine perspektivische Teilschnittansicht eines wesentlichen Teils einer Einrichtung einer Ausführungsform dieser Erfindung ist, die die Analyse des Zustands der Fensteroberfläche und des abgeschiedenen Materials erläutert und
- Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Fensters ist, das in einer Ausführungsform dieser Erfindung Anwendung findet.
Zuerst wird ein Verfahren zum Messen des reflektierten Lichts beschrieben, dann folgt die Beschreibung eines Anwendungsbeispiels dieses Verfahrens in einem vollständigen Behandlungsablauf.
(1) Verfahren, das die Intensität des reflektierten Lichts aus dem Inneren der Kammer mißt
Fig. 1 zeigt eine Mikrowellen-Plasma-Ätzvorrichtung als eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen. In der Mikrowellen- Plasma-Ätzvorrichtung wird ein Wafer 12 mit der Oberseite nach oben auf einem Waferhalter 14 in der Kammer 11 positioniert. Mikrowellen, die durch einen Wellenleiter 66 geleitet wurden, werden durch ein Quarzfenster 13, das im oberen Teil der Kammer 11 vorgesehen ist, in die Kammer 11 eingeführt.
Durch eine Gaseinführungseinrichtung 29 wird auch ein reaktives Gas in die Kammer 11 eingeführt, wie z.B. Cl&sub2;, CHF&sub3;, CH&sub2;F&sub2;, BCl&sub3; etc., das durch Mikrowellen aktiviert wird, und es wird eine hohe Frequenz an dem Wafer 12 angelegt, um in der Kammer 11 ein Plasma zu erzeugen, das die Radikale von Gasmolekülen, Ionen und Elektronen, die in der Kammer 11 erzeugt werden, veranlaßt, die Oberfläche des Wafers 12 zu ätzen Zu diesem Zeitpunkt haben die in der Kammmer 11 erzeugten Gase verschiedene Molekülzustände, von denen ein Teil an der inneren Oberfläche der Kammer 11 abgeschiedenes Material bildet.
Das Messen der Menge an abgeschiedenem Material wird durchgeführt, indem man Licht 16 auf die innere Oberfläche der Kammer 11 wirft, und die Intensität des diffus reflektierten Lichts 17 gemessen wird. In Fig. 1 wird eine Halogenlampe mit ca. 100 W als Lichtquelle benutzt. Das Licht wird durch einen konkaven Spiegel und eine fokusierende Linse in einen Quarzstab 19 einer Lichteinführungseinrichtung 18 eingeführt und dann vom Ende des Quarzstabes in der Kammer 11 ausgestrahlt. Obwohl bei dieser Ausführungsform ein sichtbares Licht in einem weiten Bereich von Wellenlängen eingesetzt wird, ist es möglich, Licht mit einer bestimmten benötigten Wellenlänge einzusetzen, wie z.B. ultraviolettes Licht, Infrarotlicht und Laserlicht.
Wenn der Prozeß fortschreitet, wird Material im Inneren, nämlich an der Wand der Kammer und an in Behandlung befindlichen Gegenständen, wie z.B. Wafern, die im Inneren der Kammer positioniert sind, abgeschieden. Wenn die Menge an abgeschiedenem Material steigt, werden die Wandoberfläche und die Oberfläche der Gegenstände zunehmend farbiger und der Anteil des in die Kammer eingeführten Lichts, der von dem abgeschiedenen Material absorbiert wird, steigt ebenfalls, wodurch die Intensität des einfallenden Lichts gedämpft wird. Das diffus reflektierte Licht 17 wird von einer Lichtaufnahmeeinheit 20 gesammelt und zu einer Lichtmeßeinrichtung geleitet. Durch die Messung der Gesamtmenge des Lichts, das an mehreren Stellen in der Kammer 11 diffus reflektiert wurde, ist es möglich, die gesamten Veränderungen in der Menge des abgeschiedenen Materials im Inneren der Kammmer 11 zu überprüfen.
Obwohl die Menge an abgeschiedenem Material an einer bestimmten Stelle bestimmt werden kann, kann die Ausführung einer Vielfalt von Prozessen nicht möglich sein, wenn die Stelle, an der gemessen wird, begrenzt ist, da sich die Verteilung des abgeschiedenen Materials gewöhnlich ändert, wenn sich die Volumina des Prozesses ändern.
Wenn die Menge an diffus reflektiertem Licht kleiner ist als ein bestimmter Bezugswert, wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist, die Menge an abgeschiedenem Material als einen zulässigen Wert übersteigend erachtet, der festgelegt ist, um eine bestimmte Ausbeute zu gewährleisten und es wird entschieden, die Reinigung der Kammer durchzuführen. Dieses Entscheidungsverfahren und der detailierte Ablauf während der Behandlung wird an späterer Stelle beschrieben.
Die Stelle, an der die Lichtaufnahmeeinheit 20 installiert ist, sollte so ausgewählt werden, daß das Licht, das von der Lichtquelle ausgestrahlt wird, nicht direkt aufgenommen wird, ohne von der inneren Obefläche der Kammer 11 reflektiert zu werden.
Ein weiteres Anordnungsbeispiel kann einen kleinen Verschluß umfassen, der in der Nähe der Lichtaufnahmeeinheit 20 oder der Lichteinführungseinheit 18 angebracht ist, oder kann eine teilweise opake Lichtaufnahmeeinheit 20 und Lichteinführungseinheit 18 verwenden, um eine direkte Aufnahme des Lichts von der Lichteinführungseinheit 18 in die Lichtaufnahmeeinheit 20 zu verhindern. Es ist möglich, daß zwei oder mehrere Lichtaufnahmeeinheiten 20 und Lichtintensitäts-Meßeinrichtungen vorgesehen werden.
Anstelle des Quarzstabs 19 kann eine Lichtleitfaser eingesetzt, oder ein Fenster vorgesehen werden, durch das Licht ins
Innere der Kammer 11 geworfen wird. Die Lichtquelle und die Lichteinführungseinheit 18 können an mehr als einer Stelle angebracht werden.
Der Quarzstab 19 wird von einer Lichtleitfaser oder einem Fenster ersetzt. Die Lichtintensitäts-Meßeinrichtung kann sich im Inneren der Kammer 11 befinden. Die Lichtintensitäts-Meßeinrichtung kann eine solche sein, die einen großen Wellenlängenbereich messen kann, oder eine, die einen besonders kleinen Wellenlängenbereich mißt. Es kann eine Lichtintensitäts-Meßeinrichtung wie z.B. ein Fotovervielfacher oder Photonenzähler benutzt werden.
Anstatt eine Lichtquelle bereitzustellen, ist es möglich, Licht zu benutzen, das von selbst in der Kammer vorhanden ist, wie z.B. plasmaerzeugtes Licht, das von einem Glühfaden einer Einrichtung ausgestrahlt wird, die in der Kammer 11 installiert ist, und diese vom Inneren der Kammer reflektierten Lichtarten zu untersuchen.
Um die Dämpfung des reflektierten Lichts, die durch das abgeschiedene Material bewirkt wird, leichter erkennbar zu machen, kann der Reflexionsfaktor der inneren Oberfläche der Kammer 11 selbst hoch angesetzt werden. Denn die Verschlechterung des Reflexionsfaktors, die durch das abgeschiedene Material verursacht wird, ist deutlicher, da der Reflexionsfaktor höher ist, wenn kein abgeschiedenes Material vorhanden ist. Zum Beispiel kann die absolute Oberflächenrauhigkeit der spanabhebend bearbeiteten inneren Oberfläche auf etwa 0,5s (< 0,5 µm) festgesetzt werden.
Ein Elektromagnet 2 und eine Evakuuierungseinrichtung 63, die herkömmlicherweise in Mikrowellen-Plasma-Ätzvorrichtungen vorgesehen sind, werden bei dieser Ausführungsform nicht benötigt.
Diese Ausführungsform ermöglicht es, die Menge an abgeschiedenem Material zu messen, ohne die Kammer 11 der Luft auszusetzen. Durch das abgeschiedene Material kann es zu Staubentwicklung kommen, wodurch der Herstellungsprozeß destabilisiert wird und die Ausbeute an Wafern 12 sinkt. Diese Erfindung ermöglicht die korrekte Bestimmung des Zeitpunkts für die Reinigung von abgeschiedenem Material, wodurch die Häufigkeit der Reinigungsvorgänge verringert und die Arbeitsleistung der Vorrichtung verbessert wird.
Während bei dieser Ausführungsform die Menge an diffus reflektiertem Licht 17 gemessen wird, ist es möglich, das reflektierte Licht einer Spektrometrie zu unterziehen, um die chemische Zusammensetzung des abgeschiedenen Materials zu untersuchen. Die Messungen mit dem Spektrometer werden an späterer Stelle detaillierter beschrieben.
Das vordere Ende der Lichteinführungseinheit 18 und die Lichtaufnahmefläche der Lichtaufnahmeeinheit 20 können während der Waferbehandlung durch das Plasma beschädigt werden, was im Laufe der Zeit, unabhängig von dem in der Kammer 11 abgeschiedenen Material, zu einer Änderung der übertragenen Lichtmenge führt. Aus diesem Grund wird ein Mechanismus, der in Fig. 3 gezeigt wird, benutzt, um eine Beschädigung an diesen lichtübertragenden Oberflächen zu verhindern.
Das vordere Ende des Quarzstabes 19 wird durch die Ausdehnung und Zusammenziehung des Balgs 22 in die Kammer hineingeschoben und aus der Kammer zurückgezogen. Wenn der Wafer 12 in der Kammer 11 behandelt wird, z.B. durch Ätzen, ist der Quarzstab 19 zurückgezogen und ein Verschluß 23 ist geschlossen, so daß Radikale, Ionen und Elektronen, die während der Behandlung des Wafers 12 entstehen, den Quarzstab 19 nicht treffen. Wenn die Behandlung abgeschlossen ist und es keine Partikel gibt, die den Quarzstab 19 beschädigen können, wird der Balg 22 zusammengezogen, um das vordere Ende des Quarzstabes 19 in die Kammer hineinzuschieben. Gleichzeitig wird der Verschluß 23 aufgeschoben, um Licht auszusenden oder reflektiertes Licht aufzunehmen.
Ein von dem Verschluß 23 und dem Balg 22 definierter Raum wird evakuiert, um ein Vakuum zu erzeugen und dadurch mögliche Beschädigungen durch korrodierendes Gas zu verhindern. Da die Seitenfläche des Quarzstabes 19 mit einem Aluminium-Dünnfilm beschichtet ist, wird Licht, das von einer Seite in den Stab eintritt, mehrmals reflektiert, bevor es aus dem anderen Ende austritt. Auf diese Weise wird Licht zwischen der Atmosphärenseite und dem Inneren der Kammer übertragen. Anstatt des Quarzstabes 19 kann auch eine Lichtleitfaser eingesetzt werden.
Auf diese Weise werden die vom Licht erleuchtete Oberfläche und die lichtaufnehmende Oberfläche 24 vor Beschädigung geschützt. Das eintretende Licht 16 kann also in die Kammer 11 eingeführt werden, ohne abgeschwächt zu werden, und das reflektierte Licht kann ohne Schwächung aufgenommen werden.
(2) Anwendungsbeispiel innerhalb des ganzen Prozesses
Im folgenden wird beschrieben wie die so gewonnene Information über das in der Kammer abgeschiedene Material innerhalb des ganzen Prozesses benutzt wird.
(2.1) Vorbereitung vor der Serienfertigung
In Fig. 4 wird zuerst der Vorbereitungvorgang der Vorrichtung vor dem Starten eines normalen Ätzens des Wafers 12 gezeigt. Die Erläuterung beginnt in dem Moment, unmittelbar nachdem die Vorrichtung der Luft ausgesetzt und das im Inneren abgeschiedene Material gereinigt wird (Schritt 100).
Nach dem Reinigen wird das Innere der Kammer auf etwa 1 Pa bis 0,1 Pa evakuiert (Schritt 110). Während der Evakuierung bzw. nachdem sich der Druck in der Kammer stabilisiert hat, wird die Messung der Menge des aus der Kammer reflektierten Lichts in der bereits beschriebenen Art durchgeführt (Schritt 120). Zu diesem Zeitpunkt wird die Menge des Lichts, das von der inneren Oberfläche der Kammer selbst reflektiert wird, gemessen, da kein Material am Inneren der Kammer haftet.
Die von der Lichtintensitäts-Meßvorrichtung gemessenene Lichtmenge J wird bei jedem Reinigen der Vorrichtung gespeichert. Diese Daten werden mit Werten verglichen, die vorher in ähnlicher Weise gespeichert wurden, wenn die Vorrichtung der Luft ausgesetzt wird. Der Wert J sollte mit der Verschlechterung einer Lichtquelle und einer Lichtintensitäts-Meßvorrichtung langsam sinken. Wenn sich, entgegen dieser Tendenz, der Wert J stark verringert, wurde vielleicht die Reinigung unzureichend ausgeführt, ein optisches System funktioniert nicht richtig oder die Lichtaufnahmefläche wurde während des Reinigungsvorgangs beschmutzt. In diesem Fall muß eine Überprüfung durchgeführt werden und die Vorrichtung der Luft ausgesetzt werden. Diese Überprüfung kann vor der Evakuierung stattfinden. Da der Wert J dem optischen System inherent ist, wird er zur Bestimmung des Reflexionsfaktors des abgeschiedenen Materials benutzt.
Im nächsten Schritt wird tatsächlich ein Prozeßgas fließen gelassen, um einen Probewafer für die Abscheidung eines Dünnfilms an der inneren Oberfläche der Kammer zu ätzen (Schritt 130). Dies sind die Vorgänge in einem herkömmlichen Verfahren. Nach diesem Punkt im Ätzverfahren, wird das Material der Kammer nicht freigesetzt. Alle Wafer werden in einem Zustand geätzt, daß die Innenwand mit abgeschiedenem Material bedeckt ist. Also ist es notwendig, zuerst Material an der inneren Oberfläche der Kammer abzuscheiden, um die Behandlung zu stabilisieren. Wenn die Behandlung abgeschlossen ist, wird die vom Inneren der Kammer reflektierte Lichtmenge (J&sub0;) gemessen (Schritt 140).
Die von der inneren Oberfläche der Kammer reflektierte Lichtmenge sinkt, wenn die Menge an Abscheidungen steigt. Der Dämpfungsfaktor (P&sub0;) wird durch den Wert (J), der während der Vorbereitung der Vorrichtung gemessen wird, genormt und wird ausgedrückt als:
P&sub0; = J&sub0; / J
Dieser Wert stellt die Menge des zuerst abgeschiedenen Materials dar, der als Anfangswert für das Überwachen des darauffolgenden Anstiegs der Abscheidung benutzt wird (Schritt 150).
(2.2) Beginn der Serienfertigung
Nach den oben beschriebenen Schritten ist die Vorbereitung der Vorrichtung abgeschlossen, der dann die Wiederholung des normalen Ätzvorganges folgt. Was der normale Ätzvorgang beinhaltet, wird in Fig. 5 gezeigt.
Zuerst wird ein n-ter Wafer (n ist die Anzahl der Wiederholungen) in die Kammer eingeführt (Schritt 170), wo er auf etwa -30ºC gekühlt wird. Inzwischen wird die Lichtintensität des vom Inneren der Kammer reflektierten Lichts (Jn) gemessen. Der Reflexionsfaktor Pn wird wie in den vorhergehenden Fällen wie folgt bestimmt:
Pn = Jn / J
Als nächstes wird ein normaler Waferätzvorgang durchgeführt (Schritt 190). Material, das durch das Ätzen des n-ten Wafers entsteht, wird an der inneren Oberfläche der Kammmer abgeschieden.
Nach dem Abschluß des Ätzens wird der Wafer aus der Kammer genommen (Schritt 200).
Danach wird die Reinigung durchgeführt (Schritt 210). Diese besteht aus der Einführung eines reaktiven Gases in die Kammer und der Erzeugung eines Plasmas, als wenn ein Ätzen erfolgt, um das an der inneren Oberfläche der Kammer abgeschiedene Material durch die Ätzreaktion zu entfernen. Durch diese Behandlung allein ist es jedoch nicht möglich, das abgeschiedene Material gänzlich zu entfernen. Mit zunehmender Anzahl der zu behandelnden Wafer sammelt sich das abgeschiedene Material nach und nach immer mehr in der Kammer an.
Nachdem das Reinigen abgeschlossen ist, wird der nächste (n+1)-te Wafer in die Kammer eingeführt und der gleiche Ätzvorgang und das Messen der Intensität des reflektierten Lichts werden wiederholt.
(2.3) Verfahren zur Bestimmung des Zeitpunktes für die Durchführung der Reinigung Bei Wiederholung der Behandlung steigt die Menge des abgeschiedenen Materials und der Wert von Pk ( = Jk / J, wobei k = 1, 2, 3, ...) neigt zum Absinken. In welchem Maße der Pk Wert sinken kann, bevor ein Problem bei dem Prozeß entsteht, wird anhand der früheren Aufzeichnungen von ähnlichen Prozessen in der Vorrichtung geschätzt und es wird ein Bezugswert (Ps) dementsprechend vorher festgesetzt. Wenn Pk < Ps, wird die Kammer der Luft ausgesetzt, um das abgeschiedene Material zu reinigen.
In der Praxis müssen jedoch aus Meßfehlern resultierende Schwankungen berücksichtigt werden. Außerdem werden die Wafer in Chargeneinheiten behandelt, gewöhnlich je 25 Wafer auf einmal, und es ist vorzuziehen, die Chargenbehandlung nicht zu unterbrechen.
Daher wird ein Durchschnitt (Pave) von Pk für jede Charge errechnet und am Ende jeder Charge wird Pave mit Ps verglichen. Wenn festgestellt wird, daß Pave < PS, fährt der Prozeß nicht mit der nächsten Charge fort, sondern geht zum Reinigen der Vorrichtung über. Dieses Verfahren behebt nicht nur die Meßfehler von Pk, sondern ermöglicht auch die Chargenbehandlung.
Das Messen der Intensität von reflektiertem Licht, das Berechnen von Daten und andere oben beschriebene Vorgänge können durch den Einsatz eines Mikrocomputers automatisch durchgeführt werden. Es ist auch möglich, die Bedienungsperson über die gemessenen Daten zu informieren, damit die Bedienungsperson entscheiden kann, ob der Reinigungsvorgang durchgeführt wird oder nicht. Wenn das Reinigen des Inneren der Kammer automatisch durchgeführt werden kann, kann die Operation einschließlich der Behandlungen automatisiert werden.
Die obige Beschreibung betraf einen jener Fälle, bei dem das reflektierte Licht abnimmt, wenn sich abgeschiedenes Material ansammelt. Wenn jedoch der Reflexionsfaktor des abgeschiedenen Materials höher ist als der der Kammer, intensiviert sich das reflektierte Licht bei fortschreitender Abscheidung. In diesem Fall wird deshalb die Reinigung durchgeführt, wenn Pk > Ps oder Pave> Ps.
Bei dieser Ausführungsform wird das Messen durch Projektionslicht vor dem Ätzen durchgeführt. Die Messung kann auch nach oder während des Ätzens gemacht werden. Jetzt ist es möglich, daß der Quarzstab 19 von Plasma beschädigt wird. Wenn es jedoch möglich ist, Licht durch ein Material einzuführen, das nicht von Plasma beschädigt wird oder ein Mittel einzusetzen, das das Lichteinführungselement vor der Beschädigung durch Plama schützt, kann das abgeschiedenen Material sogar während des Ätzens analysiert werden.
Durch Rückkoppelung der Daten zum Festlegen der Prozeßbedingungen, wie z.B. Ätzen, kann der Prozeß mit höherer Präzision gesteuert werden. In diesem Fall können die gesammelten Daten, da sie nicht nur Informationen über das abgeschiedene Material, sondern auch über das Plasma und das Ätzen beinhalten, rückgekoppelt werden für die Prozeßsteuerung durch den Einsatz solcher Mittel wie der Spektrometrie, die später beschrieben wird.
(3) Chemische Analyse des abgeschiedenen Materials
Die vorangegangene Beschreibung betrifft ein Beispiel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Waferserienfertigung, in der diese Erfindung bei einem Monitor eingesetzt wird zur Messung der Menge an abgeschiedenem Material. Die Erfindung kann auch als Mittel zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung des abgeschiedenen Materials und der chemischen Reaktionen eingesetzt werden, die im Verlauf der Entstehung des abgeschiedenen Materials stattfinden.
Die dadurch ermittelten Ergebnisse können für die Auslegung und die Entwicklung einer Vorrichtung dienen, mit der die Abscheidungen reduziert, der Proezß stabilisiert und die Behandlung optimiert werden soll.
Im folgenden wird ein Verfahren zum Prüfen des chemischen Zustands des abgeschiedenen Materials und der Oberfläche der Vorrichtung beschrieben.
Fig. 6 zeigt ein Verfahren, bei dem Infrarotlicht mit Hilfe einer Lichtleitfaser in die Vorrichtung eingeführt wird, um den chemischen Zustand des abgeschiedenen Materials in der Vorrichtung mit Infrarot-Spektrometrie zu analysieren. Infrarotlicht wird in eine Lichtleitfaser 51 eingeführt und durch sie zu einer Sonde 52 übertragen, die im Inneren der Kammer 11 installiert ist.
Fig. 7 ist eine vergrößerte Ansicht der Sonde 52. Das Infrarotlicht, das durch die Lichtleitfaser 51 geleitet wurde, wird von einem Objektivring 61 gesammelt, bevor es zu einem Prisma 62 geleitet wird. Das Prisma 62 ist aus einem Material, wie z.B. Quarz, ZnSe oder Kbr, hergestellt, das Licht in dem zu messenden Wellenlängenbereich überträgt. Eine Linse im Objektivring 61 besteht ebenfalls aus einem Material, das ähnliche Eigenschaften hat.
Die Lichtleitfaser 51 kann z.B. ein "hohler Wellenleiter für Kohlendioxidgaslaserlicht", ein Produkt von Hitachi Cable, Ltd. sein. Die Lichtleitfaser 51 und der Objektivring 61 befinden sich beide in einer Ummantelung aus rostfreiem Stahl oder Aluminium zum Schutz vor Beschädigung durch Gase und Plasma, die während der Behandlung eingesetzt werden.
Das Licht, das aus dem Prisma 62 austritt, wird von der Oberfläche der Kammer oder des Wafers 12 reflektiert und von einem Lichtaufnahmeprisma 64 gesammelt, von wo es durch den Objektivring 61 in die Lichtleitfaser 51 eingeführt wird, die Licht aus der Kammer 11 herausleitet. Das Licht wird dann einer Spektrometrie unterworfen zur Untersuchung des Absorptionsspektrums, was so zu den benötigten Ergebnissen über das abgeschiedene Material 65, das an der Oberfläche der Kammer oder des Wafers 12 haftet, und auch über den chemischen Zustand der Oberfläche selbst führt.
Durch Polarisierung des Infrarotlichts und Begrenzung des Einfallswinkels, mit dem das Licht die Oberfläche der Kammer oder des Wafers trifft, wird die Empfindlichkeit der Analyse verbessert. Zum Beispiel ist die Polarisationsrichtung vorzugsweise senkrecht zur Oberfläche der Kammer und des Wafers 12 und der Einfallswinkel ist vorzugsweise etwa 80 Grad zur Normalen der Oberfläche. Das Verfahren der Polarisierung und der Begrenzung des Einfallswinkels wird Hochsensitivitäts- Reflexions-Infrarot-Spektroskopie genannt, die detailliert in "Surface Infrared and Raman Spectroscopy", Suetaka, ab Seite 7, IPC, beschrieben ist.
Das Infrarot-Spektrometer kann z.B. ein "Galaxy FT-IF 7000A" der Firma Mattson sein. Ein "Doppelmodulations-FT-IR" desselben Herstellers, das in der Lage ist, eine Analyse durchzuführen, während es die Polarisationsrichtung des Infrarotlichts in Schritten von einigen kHz ändert, erlaubt eine Oberflächenanalyse mit höherer Präzision.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Beispiel einer anderen Art von Sonde. Diese wird benutzt als Sonde zur Überprüfung des Zustandes des abgeschiedenen Materials 65, das sich auf dem Innenreflexionsprisma 71 ansammelt. Infrarotlicht, das durch die Lichtleitfaser 51 und den Objektivring geleitet wurde, tritt in das Innenreflexionsprisma 71 ein, in dem es wiederholte Male eine innere Reflexion erfährt, bevor es durch den Objektivring 61 und die Lichtleitfaser 51 in das Infrarot- Spektrometer eingeführt wird.
Da das Licht eine innere Reflexion erfährt, wird Licht mit bestimmten Wellenlängen in hohem Grad von der Oberfläche des Innenreflexionsprismas 71 und von dem Material 65, das auf der
Prismaoberfläche abgeschieden ist, absorbiert. Das Absorptionsspektrum führt zu Erkenntnissen über den Zustand des abgeschiedenen Material 65 und der Oberfläche. Zu den Verfahren zur Analysierung der Prismaoberfläche durch innere Reflexion gehört ein ATR Verfahren, das in "Surface Infrared and Raman Spectroscopy" ab Seite 73, IPC, detailliert beschrieben wird.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Analysieren der Oberfläche eines an der Vorrichtung angebrachten Fensters beschrieben. Fig. 9 zeigt das Verfahren zum Analysieren des abgeschiedenen Materials, das an dem Fenster haftet, durch innere Reflexion des Fensters. In einer Mikrowellen-Plasma-Ätzvorrichtung ist die Kammer mit einem Quarzfenster 13 versehen, durch das Mikrowellen 15 in die Kammer 11 eingeführt werden. Durch Benutzen dieses Fensters werden die Oberfläche des Quarzfensters 13, das Material 65, das an dem Fenster haftet, und das an anderen Teilen des Inneren der Kammer abgeschiedene Matenal 65 analysiert.
Das Innere der Kammer 11 wird zu einem Vakuum evakuiert oder mit einem hochreinen Gas gefüllt, so daß ein O-Ring 81 aus Fluorkautschuk als Dichtung zwischen dem Quarzfenster 13 und der Kammer 11 verwendet wird. Infrarotlicht wird durch die Lichtleitfaser 51 in einen Adapter 82 für eintretendes Licht eingeführt. Der Adapter 82 für eintretendes Licht hat die Aufgabe, eine starke Diffusion des Lichts im Quarzfenster 13 zu verhindern und es mit hoher Effizienz einzuführen. Das Infrarotlicht wird von einem Teil des Quarzfenster 13 in das Innere geworfen. Das Infrarotlicht wird im Inneren des Fensters mehrfach reflektiert, bevor es durch einen Lichtaufnahmeadapter 83 in die Lichtleitfaser 51 eingeführt wird, die das aufgenommene Licht zu einem Detektor 84 leitet.
Wenn Material 65 an der Oberfläche des Quarzfensters 13 abgeschieden wird, wird Licht mit bestimmten Wellenlängen von dem abgeschiedenen Material absorbiert. So ist es durch das Analysieren des Lichts, das aus dem Quarzfenster 13 austritt, möglich, die Zusammensetzung und die chemische Bindung des abgeschiedenen Materials 65 zu bestimmen.
Dies ermöglicht die Analyse des an der inneren Oberfläche des Fensters haftenden Materials, ohne die Vorrichtung der Luft auszusetzen, wodurch die Entstehung des abgeschiedenen Materials ohne Beeinflußung durch Luft während der Behandlung untersucht werden kann. Indem einfach die Lichtintensität gemessen wird, anstatt eine mühevolle Spektralanalyse durchzuführen, ist es möglich, die beschädigte Fensteroberfläche zu untersuchen und die Menge an abgeschiedenem Material zu messen.
Fig. 10 zeigt die Form des Fensters 13. Das Fenster 13 hat eine abgeschrägte Kante 91, so daß es einen trapezförmigen Querschnitt hat. Von der Oberfläche dieser abgeschrägten Kante aus wird Infrarotlicht eingeführt und wiederholt im Inneren des Fensters reflektiert, bis es an der gegenüberliegenden Seite wieder austritt. In der abgeschrägten Kante 91 bilden sich flache Abschnitte 27, durch die Licht ein- und austreten kann, um die Diffusion des eintretenden Lichts in dem Fenster zu erschweren, wodurch die Menge des aus dem Ausgang austretenden Lichts erhöht und die Analyse erleichtert wird. Die Lichteingangs- und Lichtausgangsabschnitte können die Form einer konkaven oder konvexen Oberfläche haben, die eine Linsenfunktion hat.
In dem Vorangegangenen wurde das Verfahren zur Untersuchung des chemischen Zustands von abgeschiedenem Material beschrieben. Die Spektrometrie kann hauptsächlich in zwei Methoden unterteilt werden. Die eine besteht darin, nur Licht mit einer bestimmten Wellenlänge einzuführen und die Lichtintensität des austretenden nicht absorbierten Lichts zu messen. Die zweite besteht darin, Licht mit einem großen Wellenlängenbereich einzuführen und das austretende nicht absorbierte Licht zu analysieren. Bei dieser Erfindung kann jedes der beiden Verfahren angewendet werden. Obwohl die Ausführungsform Infrarotlicht benutzt, ist es möglich, Licht mit verschiedenen Wellenlängen zu benutzen, wie z.B. ultraviolettes und sichtbares Licht sowie elektromagnetische Wellen.
Die Stelle, an der gemessen wird, ist nicht auf eine beschränkt und es können zwei oder mehrere Stellen gleichzeitig oder durch Abtasten analysiert werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen, die mit einem Arbeitsgas gefüllt ist, mit

- einer Kammer (11) und

- einem in der Kammer (11) angebrachten transparenten Element (19), das in der Lage ist, Licht hindurchzulassen,

gekennzeichnet durch

- eine Beleuchtungseinrichtung zum Einführen von Licht (16) in die Kammer (11) durch das transparente Element (19) und zum Beleuchten des Inneren der Kammer (11) mit dem Licht (16) und

- eine Meßeinrichtung zum Durchführen von mindestens entweder Spektrometrie oder Photometrie von der Innenwand der Kammer (11) selbst reflektierten Lichts (17), wodurch der Zustand des Inneren der Kammer (11) überwacht werden kann, ohne die Kammer (11) der Luft auszusetzen.

2. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen, die mit einem Arbeitsgas gefüllt ist, mit

- einer Kammer (11) und

- mindestens einem in der Kammer (11) angebrachten transparenten Element, das in der Lage ist, Licht hindurchzulassen,

aufweist, gekennzeichnet durch

eine Meßeinrichtung zum Durchführen von mindestens entweder Spektrometrie oder Photometrie mehrfach reflektierten Lichts, das innerhalb des transparenten Elements reflektiert wurde, wobei die Meßeinrichtung mindestens einen der Parameter Menge, Zusammensetzung und Eigenschaft eines Materials (65) mißt, das an einer Oberfläche des transparenten Elements haftet, die zum Inneren der Kammer (11) hin gerichtet ist, um das Überwachen des Zustands des Inneren der Kammer (11) zu ermöglichen, ohne die Kammer (11) der Luft auszusetzen.

3. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- sie ein zusätzliches in der Kammer (11) angebrachtes transparentes Element (20) aufweist und

- die Beleuchtungseinrichtung Licht (16) durch ein transparentes Element (19) in die Kammer (11) einführt und die Meßeinrichtung Licht (17) aufnimmt, das durch das andere transparente Element (20) hindurchgegangen ist.

4. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung zum Einführen von externem Licht (16) in die Kammer (11) über eine Lichtleitfaser (51), die optisch mit dem transparenten Element verbunden ist.

5. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

- sie mehr als ein mit der Beleuchtungseinrichtung über die Lichtleitfaser (51) verbundenes transparentes Element aufweist und

- die Meßeinrichtung mindestens entweder Spektrometrie oder Photometrie mehrfach reflektierten Lichts, das innerhalb dieses transparenten Elements reflektiert wurde, durchführt.

6. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Mechanismus (22) zum Bewegen des transparenten Elements (19).

7. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Verschluß (23), der das transparente Element (19) bedecken kann.

8. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 11 gekennzeichnet durch eine Evakuierungseinrichtung (63), die die Kammer (11) zu einem Vakuum evakuiert.

9. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gaseinführungseinrichtung (29) zum Einführen eines Arbeitsgases in die Kammer (11).

10. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Trockenätzvorrichtung ist, die mindestens

- eine Gaseinführungseinrichtung (29) zum Einführen eines Arbeitsgases in die Kammer (11),

- einen Magneten (2) zum Erzeugen eines Magnetfeldes und

- eine elektromagnetische Wellenquelle zum Erzeugen einer elektromagnetischen Welle

aufweist

wobei die Kammer (11) eine Kammer (11) ist, in der eine Behandlung durchgeführt wird.

11. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen mit folgenden Schritten:

- Einführen von Licht (16) in eine Kammer (11) einer Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen durch ein in der Kammer (11) vorgesehenes transparentes Element (19),

- Beleuchten des Inneren der Kammer (11) mit Licht (16) und

- Durchführen von mindestens entweder Spektrometrie oder Photometrie von der Innenwand der Kammer (11) selbst reflektierten Lichts (17), um den Zustand des Inneren der Kammer (11) zu überwachen, ohne die Kammer (11) der Luft auszusetzen.

12. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen mit folgenden Schritten:

- Relektieren von Licht innerhalb eines transparenten Elements, das so angeordnet ist, daß eine Oberfläche des Elements dem Inneren einer Kammer (11) einer Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen zugewandt ist und

- Durchführen von mindestens entweder Spektrometrie oder Photometrie mehrfach reflektierten Lichts, das innerhalb des transparenten Elements reflektiert wurde, um mindestens einen der Parameter Menge, Zusammensetzung und Eigenschaft des Materials (65), das an der Oberfläche des transparenten Elements haftet, zu messen, um die Überwachung des Zustands des Inneren der Kammer (11) zu ermöglichen, ohne die Kammer (11) der Luft auszusetzen.

13. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

- externes Licht über eine Lichtleitfaser (51), die optisch mit dem transparenten Element verbunden ist, in die Kammer (11) eingeführt wird und

- mindestens entweder Spektrometrie oder Photometrie durchgeführt wird, während ein Prozeß der Herstellung von Halbleitereinrichtungen läuft.

14. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand des Inneren der Kammer (11) ein Zustand des auf der inneren Oberfläche der Kammer (11) abgeschiedenen Materials (65), eine chemische Reaktion oder der Zustand einer Behandlung ist.

15. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Element ein in der Kammer (11) vorgesehenes Fenster (13) ist, eine Mikrowelle von der Vorderfront des Fensters (13) her eingeführt wird, Licht in das Fenster (13) von einer Seite des Fensters (13) her eingeführt wird, Licht, das innerhalb der Fensters (13) reflektiert worden ist, aus einer Seite des Fensters (13) herausgeführt wird und mindestens entweder Spektrometrie oder Photometrie des herausgeführten reflektierten Lichts durchgeführt wird, um mindestens entweder die Menge oder die Eigenschaft des auf der inneren Seite des Fensters (13) der Kammer (11) abgeschiedenen Materials (65) zu messen, während eine Bearbeitung fortschreitet.

16. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung des Zustands des Inneren der Kammer (11) vor oder nach mindestens einem der folgenden Prozeße durchgeführt wird: Abscheidung auf dem Wafer (12), Ätzen und Bestrahlen.

17. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß, basierend auf den Ergebnissen der Messung des innerhalb des transparenten Elements reflektierten Lichts eine Anweisung zum Entfernen des am Inneren der Kammer (11) haftenden Materials (65) angezeigt wird.

18. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der folgenden Schritte auf der Grundlage der Ergebnisse der Messung des innerhalb des transparenten Elements reflektierten Lichts automatisch ausgeführt wird: Starten, Anhalten, Steuern des Prozesses der Entfernung des am Inneren der Kammer (11) haftenden Materials (65).

19. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens entweder die Ergebnisse der Messung oder der Stand des Prozesses auf der Grundlage der Ergebnisse der Messung des innerhalb des transparenten Elements reflektierten Lichts angezeigt werden bzw. wird.

20. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßzustand auf der Grundlage der Ergebnisse der Messung des innerhalb des transparenten Elements reflektierten Lichts gesteuert wird.

21. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das eingeführte Licht oder das herausgeführte Licht Infrarotlicht ist.

22. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Untersuchen des Lichtes eine Untersuchungseinrichtung ist, die eine Fourier-Transformationsspektroskopie verwendet.

23. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß, basierend auf den Ergebnissen der Messung des innerhalb der Kammer (11) reflektierten Lichts (17), eine Anweisung zum Entfernen des am Inneren der Kammer (11) haftenden Materials (65) angezeigt wird.

24. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der folgenden Schritte auf der Grundlage der Ergebnisse der Messung des innerhalb der Kammer (11) reflektierten Lichts (17) automatisch ausgeführt wird: Starten, Anhalten, Steuern des Prozesses der Entfernung des am Inneren der Kammer (11) haftenden Materials (65).

25. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens entweder die Ergebnisse der Messung oder der Stand des Prozesses auf der Grundlage der Ergebnisse der Messung des innerhalb der Kammer (11) reflektierten Lichts (17) angezeigt werden bzw. wird.

26. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßzustand auf der Grundlage der Ergebnisse der Messung des innerhalb der Kammer (11) reflektierten Lichts (17) gesteuert wird.