AT518466A2

AT518466A2 - System und Verfahren zum Ausführen eines Nass-Ätzprozesses

Info

Publication number: AT518466A2
Application number: ATA9402/2015A
Authority: AT
Inventors: Maurer Laura; Taddei John; Clark John; Lawrence Elena; Kurt Zwimmann Eric; A Goldberg David; Yutkowitz Jonathan
Original assignee: Veeco Prec Surface Proc Llc
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-10-15
Also published as: AT518466A3

Abstract

Es wird ein System und Verfahren zur Durchführung eines Nassätzprozesses offenbart. Das System umfasst mehrere Bearbeitungsstationen, die durch eine Übertragungsvorrichtung zugänglich sind, einschließlich einer Messstation, um die Dicke eines Wafers vor und nach jedem Ätzschritt im Prozess optisch zu messen. Das System umfasst auch einen Controller, um die Dickenmessungen im Hinblick auf ein Ziel-Wafer-Profil zu analysieren und dynamisch und in Echtzeit für jeden Ätzschritt ein Ätzrezept zu erzeugen. Zusätzlich kann die Prozesssteuerung eine einzelne Wafer-Nassätzstation veranlassen, den Wafer gemäß den erzeugten Ätzrezepten zu ätzen. Darüber hinaus kann das System, basierend auf den Vor- und Nach-Ätz-Dickenmessungen und dem Zielätzprofil, die Ätzrezepte erzeugen und/oder verfeinern.

Description

SYSTEM UND VERFAHREN ZUM AUSFÜHREN EINES NASS-ÄTZPROZESSES

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN

Diese Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber den US- Patentanmeldungen Nr. 62/073727, eingereicht am 31. Oktober 2014; 62/073706, eingereicht am 31. Oktober 2014; und 62/078754, eingereicht am 12. November 2014, die jeweils durch Verweis in ihrer Gesamtheit hierin übernommen werden.

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren zum Ätzen von Halbleiterwafern für integrierte Schaltungen, und sie betrifft insbesondere ein System und ein Verfahren zum Ätzen von Halbleiterwafern (integrierte Schaltungssubstrate) unter Verwendung eines Nassätzprozesses, der zum Ätzen des Wafers auf eine präzise und gleichmäßige Dicke führt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Nassätzprozess ein zweistufiges Verfahren sein.

HINTERGRUND 2.5- und 3D-lntegration wird in der Gerätefertigung zur Realität. Ein kritischer Prozessschritt ist das Ausdünnen des Siliziumwafers, um die metallgefüllte Silizium-Durchkontaktierung (TSV) offenzulegen. Schleifen wird verwendet, um die Masse des Siliziumwafers zu entfernen. Derzeit wird eine mehrstufige Abfolge von Prozessen verwendet, die chemischmechanisches Polieren (CMP) und Plasma-Ätzen umfassen, um das endgültige Ausdünnen des Siliziums abzuschließen. Jedoch weist dieses herkömmliche Verfahren eine Anzahl von damit verbundenen Nachteilen auf, einschließlich, aber ohne diesbezügliche Einschränkung, der Komplexität des Verfahrens und der damit verbundenen Kosten. Wie nachfolgend beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, diese Mängel, die mit dem herkömmlichen Verfahren verbunden sind, zu überwinden, indem ein einfaches, kostengünstiges Verfahren zum Nassätzen des verbleibenden Siliziums bereitgestellt wird, um die TSVs offenzulegen. TSV-Wafer (Wafer werden hierin auch als Substrate bezeichnet) werden hergestellt, indem VIAs (Durchkontaktierungen) in der Oberseite des Wafers erzeugt werden. Diese VIAs erstrecken sich teilweise durch die Dicke des Wafers. Die Löcher werden anschließend mit einem leitfähigen Material (Brücken) mit oder ohne Isoliereinlage ausgefüllt. Die leitergefüllten VIAs werden hierin als TSVs bezeichnet. Die Unterseite des Wafers gegenüber der Erzeugungsstelle der TSVs wird anschließend einem Schleifprozess unterzogen, bei dem das mechanische Schleifen die Dicke des Substrats verringert, wodurch der Abstand vom Boden des VIAs zur Unterseite des Substrats effektiv verringert wird. Ein vollständiges Schleifen des Substrats, um den Leiter freizulegen, ist unerwünscht, da dies dazu führen würde, dass Ionen aus dem leitfähigen Material über die Substratoberfläche gestrichen werden, wodurch die elektrischen Eigenschaften an den verunreinigten Stellen verändert werden und die Ausbeute verringert wird. In Abhängigkeit von der Anwendung kann eine beliebige

Anzahl von Herstellungsschritten auf der Oberseite des Wafers vor der weiteren Verarbeitung der Unterseite durchgeführt werden. Beispielsweise können für ein Gerätewafer die vollständige Gerätestruktur und die metallurgischen Komponenten zur oberen Fläche des Wafers hinzugefügt werden. Für 2.5D-lnterposer-Anwendungen können die Oberseitenverdrahtung/die Verbindungen abgeschlossen werden. Der Wafer mit TSVs wird anschließend üblicherweise mit einer Klebstoffschicht auf einem Träger-Wafer montiert, wobei die Oberseite des Wafers zum Träger-Wafer gerichtet ist.

Der Schleifvorgang hinterlässt eine Schicht des Substratmaterials über den TSVs, die Abweichungen der Dicke aufweisen kann, die radial abhängig zum Beispiel an der Kante des Wafers dicker sein kann, über dem Wafer gleichmäßig oder in der Mitte des Wafers dicker als am Rand (innerhalb der Dickenvariation des Wafers). Entsprechend kann ein Unterschied in der Höhe des Substratmaterials über den TSVs auf Wafer-Wafer-Basis vorliegen (Wafer-zu-Wafer-Dickenabweichung). Diese Unterschiede in der Schicht über den TSVs können größer sein als die zulässige Höhendifferenz der exponierten TSVs.

Wafer mit integrierten Schaltungen, die normalerweise in Form von flachen runden Scheiben vorliegen (obwohl andere Formen möglich sind) und oft hergestellt sind aus Silizium, Galliumarsenid oder anderen Materialien, können mit verschiedenen Chemikalien bearbeitet werden. Ein Prozess ist die Verwendung von flüssigen chemischen Ätzmittel zum Entfernen von Material aus oder auf dem Substrat zu entfernen, dieser Prozess wird oft als Nassätzen bezeichnet. Häufig verwendete Verfahren umfassen das Eintauchen der Wafer in chemische Bäder (bezeichnet als "Stapelverarbeitung" oder "Immersionsbearbeitung") oder die Abgabe von Fluid auf einem Wafer während des Drehens (bezeichnet als "Single-Wafer-Processing"). Mit zunehmenden Wafer-Größen und abnehmenden Geometriegrößen lassen sich durch den Einsatz von Single-Wafer-Processing wesentliche Vorteile erzielen, da die Prozessumgebung besser kontrolliert werden kann.

Die Ätzrate beim Nassätzprozess schwankt mit Änderungen der Ätzmittelkonzentration. Die Zugabe von geringen Mengen frischen chemischen Ätzmittels, um die Ätzrate aufrechtzuerhalten, ist eine gängige Praxis, wenn das chemische Ätzmittel im Umlaufbetrieb verwendet wird. In der Regel beruht die Zugabe auf einem mathematischen Modell basierend auf bearbeiteten Wafern oder der verstrichenen Zeit von der Ätzmittel-Herstellung. Wenn es keine Mess-Rückmeldung gibt, bleibt die Ätzrate nur so stabil, wie das mathematische Modell die Notwendigkeit vorhersehen kann, frisches chemisches Ätzmittel zu injizieren. Dementsprechend werden keine externen Einflüsse berücksichtigt, und die Ätzrate bleibt nicht konstant. Die Tiefe des Ätzprozesses ist eine Funktion von Ätzrate und Zeit. Die Zeit ist gut kontrolliert, doch die Ätzrate kann ausgehend von verschiedenen Faktoren schwanken. Ebenso variiert die erforderliche Tiefe beim Ätzen im Rahmen der Änderung der Wafer-Dicke und der Wafer-Wafer-Dickenschwankungen. Die vorstehenden Umstände beeinflussen die Fähigkeit von vorhandenen Nassätzprozesssystemen, Wafer in einer Produktionsumgebung präzise auf die gewünschte Dicke und Gleichmäßigkeit zu ätzen. Dementsprechend schränkt das Fehlen eines Verfahrens der Wafer-Bearbeitung nach Ätzrezepten, die genau auf die von jedem Wafer zu entfernende Menge angepasst sind, die Fähigkeit von vorhandenen Systemen ein, eine präzise Tiefe auf jedem bearbeiteten Wafer zu exponieren. Ähnlich wie beim Ausdünnen von TSV-Wafern beinhaltet der konventionelle Prozess zum Ausdünnen von Nicht-TSV-Wafern Abschleifen zum Entfernen der Masse des Wafers sowie eine in mehreren Schritten ablaufende Sequenz von Prozessen, die chemisch-mechanisches Polieren (CMP) und Plasma-Ätzen umfasst, um das abschließende Ausdünnen des Wafers auszuführen. Jedoch weist dieses herkömmliche Verfahren eine Anzahl von damit verbundenen Nachteilen auf, einschließlich, aber ohne diesbezügliche Einschränkung, der Komplexität des Verfahrens und der damit verbundenen Kosten. Wie nachfolgend beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, diese Mängel, die mit dem herkömmlichen Verfahren verbunden sind, zu überwinden, indem ein einfaches, kostengünstiges Verfahren zum Nassätzen des verbleibenden Siliziums auf eine gewünschte Dicke und Gleichmäßigkeit bereitgestellt wird.

Daher besteht Bedarf an einem System und Verfahren für Folgendes: (1) Bestimmen von Menge und Muster des vom Substrat zu entfernenden Materials; (2) effizientes Entfernen des Materials auf die gewünschte Tiefe und Gleichmäßigkeit in einer Produktionsumgebung. Die vorliegende Erfindung erreicht diese Zielsetzungen entsprechend der folgenden Beschreibung.

KURZDARSTELLUNG

Bei einer Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung gerichtet auf ein Verfahren zum Nassätzen eines Wafers unter Verwendung eines Nassätz-Bearbeitungssystems, das eine Vielzahl von Stationen umfasst, um einen Wafer mit einem gewünschten abschließenden Wafer-Dicke-Zielprofil herzustellen. Entsprechend der Beschreibung hierin kann dieses Verfahren einen zweifachen Ätzschritt (Zwei-Stufen-Ätzen) einsetzen, wobei der Wafer in mindestens zwei einzelnen Schritten geätzt wird, um zwei unterschiedliche Ziele zu erreichen.

Ein beispielhaftes Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Messung einer anfänglichen Dicke des Wafers an einer Messstation; Ätzen der Oberfläche des Wafers gemäß einem ersten Ätzrezept an einer ersten Ätzstation und mit einem ersten Ätzmittel zum Ausdünnen des Wafermaterials und Hinterlassen einer Schicht von Rest-Wafermaterial mit einer Restdicke des Substratmaterials (RST) über den TSVs, wobei das erste Ätzrezept basiert auf der gemessenen anfänglichen Dicke; Ätzen der Oberfläche des Wafers gemäß einem zweiten Ätzrezept an einer zweiten Ätzstation und mit einem zweiten Ätzmittel zum Ausdünnen des Wafermaterials, sodass ein entsprechender Abschnitt von jedem der TSVs jeweils die vorgeschriebene Offenlegungshöhe aufweist, die sich von der Oberfläche erhebt; und wobei die Vielzahl der Stationen innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist und mittels einer automatisierten Wafer-Transfereinrichtung zugänglich ist, die konfiguriert ist, um den Wafer steuerbar zwischen Stationen zu bewegen, wodurch Messungen des Wafers in Echtzeit ermöglicht werden, während der Wafer der Ätzbearbeitung unterzogen wird.

Ein weiteres beispielhaftes Verfahren umfasst die folgenden Schritte: An einer Prozesssteuerung, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst, der zum Ausführen von Anweisungen in Form von darin befindlichem Code konfiguriert ist, Bereitstellen einer Referenzhöhe für eine oder mehrere der TSVs, der vorgeschriebenen Offenlegungshöhe und einer vorgeschriebenen Restdicke des Substratmaterials (RST), wobei die vorgeschriebene RST ein Maß für die Ziel-Dicke der Schicht von Rest-Wafermaterial an jeder der Vielzahl von radialen Positionen nach einem ersten Ätzschritt ist; Messen einer anfänglichen Stärke des Wafers an einer Messstation; Berechnen einer jeweiligen anfänglichen Ätztiefe für jede der Vielzahl von radialen Positionen durch die Prozesssteuerung, wobei die entsprechende erste Ätztiefe für eine bestimmte radiale Position die Menge des an der bestimmten radialen Position während des ersten Ätzschritts zu entfernenden Materials ist und eine Funktion der gemessenen anfänglichen Dicke der bestimmten radialen Position, der Referenzhöhe von einer oder mehreren der TSVs und der vorgeschriebenen RST ist, und wobei die jeweiligen ersten Ätztiefen nicht gleichmäßig sind; Erzeugen eines ersten Ätzrezepts basierend auf den berechneten jeweiligen ersten Ätztiefen, wobei das erste Ätzrezept die Bewegung einer Düse während des ersten Ätzschritts steuert und die Düse veranlasst, ein erstes Ätzmittel auf jede der Vielzahl radialer Positionen abzugeben, wodurch der Wafer an jeder radialen Position um die entsprechende Ätztiefe ausgedünnt wird; Ätzen der Oberfläche des Wafers entsprechend dem ersten Ätzrezept und unter Verwendung des ersten Ätzmittels; Ätzen der Oberfläche des Wafers entsprechend dem zweiten Ätzrezept und unter Verwendung des zweiten Ätzmittels, um das Wafermaterial auszudünnen, sodass entsprechende Abschnitte von jeder der TSVs die vorgeschriebene, von der Oberfläche verlaufende Offenlegungshöhe aufweisen; und wobei die Vielzahl von Stationen innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist und mittels einer automatisierten Wafer-Transfereinrichtung zugänglich ist, die konfiguriert ist, um den Wafer steuerbar zwischen Stationen zu bewegen, wodurch Messungen des Wafers in Echtzeit ermöglicht werden, während der Wafer der Ätzbearbeitung unterzogen wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst ein beispielhaftes Verfahren die folgenden Schritte: An einer Prozesssteuerung, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst, der zum Ausführen von Anweisungen in Form von darin befindlichem Code konfiguriert ist, Bereitstellen von Wafer-Profildaten einschließlichen eines vorgeschriebenen Ätz-Offsets und einem abschließenden Zielprofil der Waferdicke, das einen abschließenden Parameter der Zieldicke für jede der Vielzahl von radialen Positionen auf einer Oberfläche des Wafers nach dem zweiten Ätzschritt definiert; Messen einer anfänglichen Stärke des Wafers an einer Vielzahl von Punkten über der Oberfläche des Wafers an einer Messstation; Berechnen eines ersten Ätzprofils entsprechend dem Ätz-Offset, des abschließenden Parameters der Wafer-Zieldicke von jeder radialen Position und der gemessenen anfänglichen Dicke jeder radialen Position; Erzeugen eines Ätzrezepts für den ersten Ätzschritt entsprechend dem ersten Ätzprofil unter Verwendung des konfigurierten Prozessors; Ätzen des Wafers an einer Ätzstation unter Verwendung eines ersten Ätzmittels mit einer ersten Ätzrate entsprechend dem ersten Ätzrezept; Messen einer Dicke des Wafers nach dem Ätzen an einer Vielzahl von Punkten über dem Wafer; Bestimmen unter Verwendung des konfigurierten Prozessors, dass die Dicke des Wafers nach dem Ätzen dem abschließenden Wafer-Dickeprofil entspricht; Ätzen des Wafers an einer Ätzstation unter Verwendung eines zweiten Ätzmittels und mit einer zweiten Ätzrate entsprechend dem zweiten Ätzrezept; und wobei die Vielzahl von Stationen innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist und mittels einer automatisierten Wafer-Transfereinrichtung zugänglich ist, die konfiguriert ist, um den Wafer steuerbar zwischen Stationen zu bewegen, wodurch Messungen des Wafers in Echtzeit ermöglicht werden, während der Wafer der Ätzbearbeitung unterzogen wird.

Der vorliegende Prozess ist somit gemäß mindestens einem Aspekt gerichtet auf einen Nassätzprozess als einfacher und kosteneffektiver Alternative zum CMP/Plasma-Ätzen und TSV-Offenlegungsprozess.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Perspektivansicht mit der Darstellung eines Systems zum Ausfuhren eines Nassätzprozesses entsprechend einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 2 ist eine vordere Draufsicht mit der Darstellung eines Systems zum Ausfuhren eines Nassätzprozesses entsprechend einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm mit der Darstellung einer beispielhaften Konfiguration eines Systems zum Ausführen eines Nassätzprozesses entsprechend einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 4 ist eine vordere Draufsicht mit der Darstellung einer Messstation entsprechend einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 5 ist eine Perspektivansicht mit der Darstellung einer Nassätzstation entsprechend einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 6A ist eine vordere Draufsicht mit der Darstellung einer Reinigungsstation entsprechend einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 6B ist eine vordere Draufsicht mit der Darstellung einer Reinigungsstation entsprechend einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 7A ist ein Blockdiagramm mit der Darstellung einer beispielhaften Konfiguration eines Systems zum Ausführen eines Nassätzprozesses entsprechend einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 7B ist ein Blockdiagramm mit der Darstellung einer beispielhaften Konfiguration eines Prozesssteuersystems entsprechend einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 8A ist ein Ablaufdiagramm mit der Darstellung einer Routine zum Ausführen eines Nassätzprozesses entsprechend einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 8B ist ein Ablaufdiagramm mit der Darstellung einer Routine zum Ausführen eines Nassätzprozesses entsprechend mindestens einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 9A ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 9B ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 9C ist eine Querschnittsansicht mit der Darstellung eines beispielhaften Siliziumsubstrats mit TSVs entsprechend einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 9D ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 9E ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 9F ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 9G ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 9H ist eine Querschnittsansicht mit der Darstellung eines beispielhaften Siliziumsubstrats mit TSVs entsprechend einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 91 ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 10 zeigt AFM-Bilder einer TSV-Wafer-Oberfläche nach Schleifen {links} und nach 10-μιτι-Ätzen {rechts};

Fig. 11A ist ein TEM-Bild eines Wafer-Querschnitts nahe der Oberfläche;

Fig. 11B ist das TEM-Bild eines geschliffenen Wafers nach dem Zwei-Schritt- Ätzprozess;

Fig. 12 zeigt die tatsächlichen Messergebnisse auf einem TSV-Wafer (Bild unten: In-Line-Messung vor und nach dem Ätzen der TSV Wafer-Dicke); und

Fig. 13 zeigt einen aufgebrochenen Querschnitt eines offengelegten TSV.

Fig. 14A ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 14B ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 14C ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 14D ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 14E ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 14F ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 14G ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform;

Fig. 14H ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform; und

Fig. 141 ist ein Screenshot einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechend zumindest einer hierin offenbarten Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BESTIMMTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Fig.. 1-5 zeigen ein System 100 zum Durchführen eines Nassätzprozesses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 100 kann somit als Nassätzvorrichtung zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen angesehen werden.

Es ist ersichtlich, dass die Lehren, die in den gemeinschaftlich erteilten US-Patentanmeldungen der Seriennummern, die vorstehend hierin übernommen wurden, offenbart sind, im System 100 implementiert sein können.

In einem Wafer-Behandlungsprozess eines Herstellungsprozesses für Halbleitereinrichtungen gibt es generell einen Ätzprozess und einen Reinigungsprozess, wie vorstehend erwähnt. Eine in einem Ätzprozess eingesetzte Single-Wafer-Behandlungsvorrichtung gibt auf kontrollierte Weise chemisches Ätzmittel auf ein Substrat ab, um eine chemische Reaktion während eines festen Zeitraums zu induzieren. Es versteht sich, dass die Begriffe "Wafer" und "Substrat" hierin austauschbar verwendet werden. Eine in einem Reinigungsprozess eingesetzte Single-Wafer-Behandlungsvorrichtung löst die Abgabe einer chemischen Lösung auf ein Substrat aus und kann auch eine Wascheinrichtung zum manuellen Waschen des Substrats umfassen. Jede der Nassbehandlungsvorrichtungen kann ein Bad umfassen, das Fluids sammelt, die überlaufen, und diese zu einem äußeren Tank (oder Bad) entladen oder wieder in Umlauf bringen. Die Single-Wafer-Nassbehandlungsvorrichtungen sind ferner zusammengesetzt aus Leitungen (z. B. Rohren), die Fluids (z. B. Chemikalien, Wasser, Lösungen und dergleichen) in das Bad zuführen oder daraus entladen, und verschiedenen Arten von Steuermitteln zum Steuern der Fluidtemperatur oder -konzentration und anderer Prozessparameter, wie hierin weiter beschrieben. Der Wafer-Nassbehandlungsprozess kann auch einen Messschritt umfassen, bei dem die Wafer auf Dicke gemessen werden.

Bei herkömmlichen Systemen zum Durchführen von Nassätzen gibt es eine Anzahl von Ausrüstungsteilen, die verwendet werden; allerdings fehlt generell eine Integration zwischen den Ausrüstungsgegenständen. Während der Messschritt an einer ersten Stelle durchgeführt wird, besteht insbesondere häufig die Notwendigkeit, den Wafer physisch zu einer anderen entfernten Station für den Ätzprozess unter Verwendung einer Wafer-Nassätzvorrichtung zu transferieren, und es besteht oftmals die Notwendigkeit, den Wafer vor dem Abschluss des Ätzprozesses zu einer anderen entfernten Station zu transferieren, zum Beispiel, um den Wafer zu reinigen oder den Wafer zu messen. Dies führt zu einer zusätzlichen Verzögerung des Prozesses, da es Wartezeiten geben kann, bevor der Wafer zur Wafer-Nassbehandlungsvorrichtung zurückgeführt wird. Dieser herkömmliche Prozess ist weitgehend ein manueller Vorgang, bei dem ein Techniker die Wafer manuell zwischen unterschiedlichen Ausrüstungsteilen bewegt.

Im direkten Kontrast zu den weitgehend nicht integrierten herkömmlichen Systemen ist das System 100 der vorliegenden Erfindung zum größten Teil ein weitgehend oder vollständig integriertes System, wodurch unnötige Warte- oder Stillstandszeiten usw. zwischen Verarbeitungsschritten stark reduziert oder eliminiert werden.

Das System 100 ist ein integriertes System, das durch eine Anzahl von unterschiedlichen Einrichtungen (Gerateteilen) definiert ist, die an unterschiedlichen Stationen innerhalb eines Gehäuses 110 angeordnet sind. Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 hat das Gehäuse 110 generell die Form eines aufrechten Schranks oder dergleichen, der eine Vielzahl von Wänden 112 aufweist, die einen hohlen Innenraum 120 definieren. Der hohle Innenraum 120 kann durch eine Anzahl von verschiedenen Zugangspunkten zugänglich sein, einschließlich, aber ohne diesbezügliche Einschränkung, einer Türanordnung 130. die an einem Ende des Gehäuses 110 gezeigt ist, und eine oder mehrere Seitenwände 112 können Fenster 140 umfassen, um einen direkten Zugriff auf den hohlen Innenraum 120 und insbesondere die darin umfassten Ausrüstungen und Bearbeitungsstationen und deren Betrachtung zu ermöglichen. Bei einer Ausführungsform kann, wie dargestellt, eine Seitenwand 112 transparente Fenster 140 und einen oder mehrere Zugangspunkte 150 umfassen. Die gegenüberliegenden Seitenwände 112 können einen Zugangspunkt 150 einer unterschiedlichen Form umfassen, wie beispielsweise eine Gruppe von Türen, wie in Fig. 2 dargestellt.

Jeder Zugangspunkt 150 kann in Form einer Öffnung ausgebildet sein, die einen Zugang zum Hohlraum 120 bereitstellt, und darüber hinaus kann eine Wafer-Halte- und Ladevorrichtung (Loadport) 160 an einer solchen Stelle entlang einer Seitenwand 112 bereitgestellt sein. Die Einrichtung 160 kann eine beliebige Anzahl von herkömmlichen Einrichtungen sein, die konzipiert sind, um darin enthaltene Wafer zu halten und den Zugang dazu zu ermöglichen, und sie kann in Form eines FOUP-Loadports vorliegen, wobei FOUP ein Akronym für Front Opening Unified Pod oder Front Opening Universal Pod ist. Ein FOUP ist ein spezialisiertes Kunststoffgehäuse mit einer darin befindlichen Kassette, die dafür konzipiert ist, Silizium-Wafer fest und sicher in einer kontrollierten Umgebung aufzunehmen und das Entfernen der Wafer zum Bearbeiten oder Messen durch Werkzeuge zu ermöglichen, die mit geeigneten Loadports und Roboter-Handhabungssystemen ausgestattet sind. Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 kann die Einrichtung 160 in Form einer Eingabe/Ausgabe-Kassetteneinrichtung vorliegen.

Die Wafer-Halte- und Ladevorrichtung (Loadport) 160 kann in Form einer Eingabe/Ausgabe-Wafer-Kassetteneinrichtung vorliegen, die ein Gehäuse umfasst, das konfiguriert ist, um eine Kassette aufzunehmen und zu halten, die eine Vielzahl von Wafern aufnimmt. Beispielsweise kann das Gehäuse eine Tür 162 an jedem Ende davon aufweisen, wobei eine Tür 162 vom hohlen Innenraum 120 nach außen weist, um es einem Techniker zu ermöglichen, einen oder mehrere Wafer in den Loadport 160 zu laden. Eine weitere Tür 162 weist auf den hohlen Innenraum 120 und ist darin zugänglich, um ein automatisiertes Entfernen (und Neubeschicken) des Wafers aus dem hohlen Innenraum 120 zu ermöglichen, damit der Wafer zu den verschiedenen Stationen transferiert werden kann, die in dem hohlen Innenraum 120 enthalten sind. Die Wafer-Halte- und Ladevorrichtung 160 kann von der Art sein, die eine Vielzahl von Gestellen oder dergleichen zum Halten einer Vielzahl von Wafern in einer vertikal gestapelten Weise umfasst.

Das Gehäuse (Schrank) 110 kann auch ein oder mehrere Computer-Terminals 170 umfassen, die in der nachfolgend beschriebenen Weise arbeiten und die es dem Techniker ermöglichen, Bearbeitung des Wafers innerhalb des Gehäuses 110 zu steuern und zu überwachen, während der Wafer den verschiedenen Bearbeitungsschritten an den unterschiedlichen Stationen unterzogen wird.

Es ist ebenfalls ersichtlich, dass das System 100 eine Reihe von unterschiedlichen herkömmlichen Betriebssystemen umfassen kann, Energie, Kühlung, Heizung, Fluidströmung (Sanitärarchitektur) usw. bereitzustellen. Das System 100 umfasstauch eine Reihe unterschiedlicher Sicherheitsmerkmale einschließlich einer Not-Aus-Taste und akustischer und/oder optischer Alarme, die es Technikern melden, wenn eine abnorme Bedingung innerhalb des Systems 100 beobachtet wird.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung mit der Darstellung beispielhafter Stationen, die innerhalb des Gehäuses (Schranks) des Systems der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Generell umfasst das System 100 eine erste Station 200, die eine oder mehrere Einrichtungen 160 zur Aufnahme von Wafern (z. B. FOUP-Loadports) enthält und direkten Zugang zum Innenraum 120 des Gehäuses 110 bereitstellt, wie weiter oben beschrieben. Eine zweite Station 210 ist in Form von einer oder mehreren Messkammern zum Messen verschiedener Eigenschaften des Wafers, wie im Folgenden beschrieben. Eine dritte Station 220 enthält eine oder mehrere Ätzkammern zum Ausführen eines Single-Wafer-Nassätzprozesses auf dem Wafer. Eine vierte Station 230 und wahlfrei auch eine fünfte Station 240 sind Reinigungskammern, in denen die bearbeiteten Wafer gereinigt werden. Dadurch, dass das System 100 ein automatisiertes System ist, wird eine Wafer-Transfereinrichtung 300 bereitgestellt und konfiguriert, um einen oder mehrere Wafer zwischen den verschiedenen Stationen des Systems 100 zu bewegen. Die Wafer-Transfereinrichtung 300 kann eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Formen annehmen, ist aber in der Regel in Form einer automatisierten Einrichtung, wie z. B. eines Roboters, der einen oder mehrere Wafer steuerbar greifen, bewegen und freigeben kann. Generell umfasst die Wafer-Transfereinrichtung 300 einen Roboterarm, der einen Greif-(Halte-)Mechanismus zum Greifen und Halten einen Wafer aufweist und eine Basis hat, die der Roboterarm in mehrere Richtungen (mehrere Freiheitsgrade) bewegen kann. Es versteht sich, dass eine oder mehrere Prozessstationen/Kammern kombiniert werden können, um mehrere Prozessfunktionen zu bieten. Beispielsweise können die in der Messkammer verwendeten Messvorrichtungen in die Nassätzkammer integriert werden, um eine kombinierte Mess- und Ätzstation bereitzustellen. Beispielsweise können die Ätzkammer und die Reinigungskammer in Multi-Prozess Kammern kombiniert werden, wie für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich ist.

Somit kann die Wafer-Transfereinrichtung 300 als automatisierter Wafer-Handler angesehen werden. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass die Wafer-Transfereinrichtung eine computerbetriebene Einrichtung ist und somit wie im Folgenden beschrieben entsprechend der Ausführung einer Softwareanwendung usw. arbeitet. Weiter ist ebenfalls ersichtlich, dass die Wafer-Transfereinrichtung 300 in Abhängigkeit von durch Benutzer erzeugten Befehlen betrieben werden kann, wie z. B. von Befehlen, die durch den Techniker an einer Benutzerschnittstelle wie dem Computer-Terminal 170 erzeugt werden. Während in Fig. 3, die Wafer-Transfereinrichtung 300 so gezeigt ist, dass sie zentral im Inneren des Systems 100 angeordnet ist, gilt keine Einschränkung auf die Annahme einer derartigen Position im System, solange die Wafer-Transfereinrichtung 300 an einer Stelle angeordnet ist, die es der Einrichtung 300 ermöglicht, auf jede der Stationen des Systems zuzugreifen und den Wafer zwischen allen erforderlichen Stationen zu bewegen.

Jede der vorstehend erwähnten individuellen Stationen ist im Folgenden ausführlich beschrieben.

Erste Station 200

Wie oben erwähnt, umfasst die erste Station 200 eine weitere Wafer-Halte- und -Ladeeinrichtung (FOUP-Loadport oder Ein-/Ausgabe-Kassetten) 160 zum Halten von Wafern in einer dichten und sicheren Weise. Eine beliebige Anzahl unterschiedlicher konventioneller Wafer-Halte- und -Lademittel (FOUP-Loadport) 160 kann im System 100 verwendet werden. In der Regel ist die Wafer-Halte- und -Ladeeinrichtung (FOUP-Loadport) 160 von einem Typ, der eine Kassette enthält, die die Wafer aufnimmt. Die Tür 162 ist so positioniert, dass die Wafer-Transfereinrichtung (Roboter) 300 direkt auf die Wafer aus dem FOUP zugreifen kann. Die Wafer-Halte- und -Ladeeinrichtung (FOUP-Loadport) 160 kann auch Erkennungsmerkmale umfassen, wie z. B. RFID-Tags, Barcode-Leser usw., um die Identifizierung durch Lesegeräte an Werkzeugen usw. zu ermöglichen. Es versteht sich, dass der Loadport 160 nicht auf den FOUP-Typ beschränkt ist. Verschiedene Wafer-Halte- und -Lademechanismen können zusätzlich zu FOUPs verwendet werden, die eingebaute Kassetten aufweisen, wie z. B. Wafer-Boxen mit herausnehmbaren Kassetten, wie für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich ist. Während Fig. 3 zwei Blöcke zeigt, die die Station 200 darstellen, versteht es sich, dass dies nur der Veranschaulichung dient und die vorliegende Erfindung nicht einschränkt, da, wie in Fig. 1 gezeigt, das System 100 mehr als eine Wafer-Halte- und -Ladeeinrichtung (FOUP-Loadport) 160 umfassen kann. Weiter versteht es sich, dass jeder Loadport 160 konfiguriert sein kann, um eine oder mehrere Kassetten aufzunehmen.

Zweite Station 210

Wie vorstehend erwähnt, ist die zweite Station 210 eine Messstation (Wafer-Prüfstation), in der eine Eigenschaft des Wafers und insbesondere die Dicke des Wafers gemessen werden können. Die zweite Station 210 umfasst somit eine Messeinrichtung 600 zum Messen von einer oder mehreren Eigenschaften eines Wafers. Eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Arten von Messgeräten kann verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Messgerät 600 in Form einer bildgebenden Einrichtung, die konfiguriert ist, um eine oder mehrere Eigenschaften (z. B. Wafer-Dicke und Oberflächenprofil) des Wafers zu messen.

Fig. 4 zeigt eine beispielhafte (bildgebende) Messeinrichtung 600, die eine Plattform 610 zum Empfangen und Aufnehmen eines Wafers in einer festen Ausrichtung (z. B. in einer horizontalen Ausrichtung) umfasst. Die Plattform 610 kann vom einstellbaren Typ sein, um Wafer unterschiedlicher Größe aufzunehmen. Beispielsweise können die Durchmesser von Wafern stark variieren, und daher ist die Plattform 610 konstruiert, um das Platzieren und Stützen von Wafern unterschiedlicher Größen darauf zu ermöglichen. Darüber hinaus kann sich die Plattform 160 in beliebig vielen verschiedenen Richtungen (x, y, z) bewegen (d. h., die Plattform 610 hat mehrere Freiheitsgrade der Bewegung), und sie ist drehbar, sodass der Wafer während des Messvorgangs gedreht werden kann.

Die bildgebende Einrichtung 600 umfasst ebenfalls eine kontaktlose Messkomponente 620, die mindestens die Dicke des Wafers misst und die ebenfalls konfiguriert ist, um ein Oberflächenprofil für den Wafer zu detektieren (messen) und zu erzeugen. Die kontaktlose Messkomponente 620 umfasst bildgebende Ausrüstung und kann Teil einer automatisierten Einrichtung sein, um die Bewegung der Komponente 620 bezüglich des Wafers auf der Plattform 610 zu ermöglichen. Beispielsweise kann die kontaktlose Messkomponente 620 in Form eines Arms oder dergleichen vorliegen, der sich in einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Richtungen (x, y, z) in Bezug auf den Wafer bewegen kann (d. h., dass die Komponente 620 mehrere Bewegungs-Freiheitsgrade hat). Alternativ dazu oder zusätzlich kann die Komponente 620 in einer stationären Position gehalten werden, und die Plattform 610, die den Wafer stützt, kann in einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Richtungen (x, y, z) in Bezug auf die Komponente 620 bewegt und/oder rotiert werden.

Die kontaktlose Messkomponente 620 umfasst einen oder mehrere Sensoren 630, wie z. B. einen optischen Sensor (z. B. einen IR-Lichtsensor) und eine Lichtquelle, die auf die Oberfläche des Wafers gerichtet ist. Das reflektierte Licht (nach Kontaktieren des Wafers) wird durch die bildgebende Einrichtung gesammelt, und auf der Grundlage der gesammelten Informationen (und nach deren Bearbeitung entsprechend der Softwareausführung) kann eine Reihe unterschiedlicher Messungen des Wafers vorgenommen und aufgezeichnet werden. Insbesondere wird Licht an der oberen und unteren Seite jeder Oberfläche im Film-Stack (den Materialschichten, die den Wafer bilden) reflektiert, und der Abstand im reflektierten Licht wird entsprechend dem Brechungsindex des Materials korrigiert, um die Tiefe zu berechnen. Beispielsweise kann die bildgebende Einrichtung die folgenden Eigenschaften messen (diese Liste ist nicht erschöpfend): Waferdicke; Bow, Warp; Oberflächenrauheit, gesamte Dickeänderung (TTV); optische Inspektionsmuster-Erkennung; und TSV-Tiefe usw. Eine handelsübliche Quelle für eine oder mehrere Komponenten der bildgebenden Einrichtung ist ISIS Sentronics GmbH, Deutschland; weitere kommerzielle Quellen sind verfügbar.

Der Betrieb der bildgebenden Einrichtung 600 wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung und im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen ist die Messstation 210 direkt im Gehäuse (Schrank) 110 integriert und enthalten. Demzufolge sind die zweite Station 210 und die darin enthaltene bildgebende Einrichtung 600 innerhalb der Reichweite der Wafer-Transfereinrichtung (Roboter) 300. Diese Positionierung ermöglicht es der automatisierten Transfereinrichtung 300, einen Wafer leicht zwischen der zweiten Station 210 und einer der anderen Stationen des Systems 100 zu bewegen. Dies ist in direktem Gegensatz zu konventionellen Systemen, bei denen Messausrüstung an einem entfernten Standort angeordnet ist und das Entfernen von Wafern aus dem Ätzprozess erforderlich ist, um eine Messung vorzunehmen. Nach der Vornahme dieser Messung gibt es eine Wartezeit, in der der Wafer gehalten wird, bevor er in die Ätzbearbeitungseinrichtung zurückgeführt wird. Dies führt zu Komplexität und Verzögerungen und hat damit einen direkten und negativen Einfluss auf die Zahl der Wafer, die in einem gegebenen Zeitraum bearbeitet werden können. Zudem führen diese Ineffizienzen in einer Produktionsumgebung zur Batch-Verarbeitung von Wafern, wobei mehrere Wafer vor dem Rückführen zur Ätzbearbeitungausrüstung gemessen werden. Dementsprechend ist jede Rückmeldung bezüglich des Ätzprozesses nur auf Batch-zu-Batch-Basis und nicht in Echtzeit (d. h. auf Wafer-zu-Wafer-Basis) möglich, wodurch die Anpassung der Prozessparameter in Echtzeit (auf Wafer-zu-Wafer-Basis) verhindert wird und eine Abnahme der Qualität und eine Zunahme des Abfalls resultiert. Die Integration der Messeinrichtung in das System 100 und die Implementierung eines Prozesses, der für jeden Wafer entsprechend der Beschreibung hierin vor und nach dem Ätzen in einer Single-Wafer-Nassätzkammer einen Messschritt umfasst, stellt ein System bereit, das die Ätzprozess-Parameter an die spezifischen Eigenheiten jedes Wafers anpasst und Rückmeldungen zu zuvor geätzten Wafern in Echtzeit individuell anpassen kann. Dementsprechend kann das System höhere Qualität erreichen und Abfall minimieren, und die generell und im Fall der vorliegenden Erfindung entsprechend der Beschreibung hierin einem Single-Wafer-Nassätzprozess zugeschriebenen Vorteile können als Teil eines dualen Nassätzprozesses implementiert werden, der mindestens zwei Ätzschritte umfasst.

Dritte Station 220

Die dritte Station 220 ist eine Ätzstation, in der der Wafer den Single-Wafer-Nassätzprozess durchläuft. Wie bereits erwähnt, wird ein Single-Wafer-Nassätzverfahren im Allgemeinen durch Abgeben einer bestimmten Menge an chemischem Ätzmittel auf einen in der Station angeordneten Wafer durchgeführt und bewirkt eine chemische Reaktion mit einer kontaktierten Oberfläche des Wafers, sodass der unnötige Teil der kontaktierten Oberfläche von der Chemikalie geätzt wird.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 5 umfasst die dritte Station 220 eine Single-Wafer-Ätzvorrichtung 400, die eine Ätzkammer (Gehäuse) 410 umfasst, die die Ausrüstung und das im Nassätzprozess verwendete chemische Ätzmittel enthält. Die Ätzkammer 410 kann somit als chemische Containmentstruktur betrachtet werden. Es versteht sich, dass die dritte Station eine Vielzahl von Ätzvorrichtungen 410 aufnehmen kann, wie beispielsweise in vertikal gestapelter Ausrichtung, um ein gleichzeitiges Nassätzen auf mehr als einem Wafer zu ermöglichen. Das Gehäuse 410 sammelt und enthält auch die im Ätzprozess verwendeten Chemikalien.

Die Nassätzvorrichtung 400, die an der dritten Station 220 angeordnet ist, umfasst auch das Spin-Futter 420 (variable Geschwindigkeit, gesteuert durch eine Ätzsteuerung 401, die Teil des hierin beschriebenen Gesamtprozesssteuersystems ist), auf dem der Wafer aufliegt, sowie ein Ätzwerkzeug (Arm) 430, das eine oder mehrere Düsen (Öffnungen) 435 umfasst, die ein Fluid abgeben (z. B. eine oder mehrere Flüssigkeiten, vorzugsweise das chemische Ätzmittel). Das Ätzwerkzeug 430 kann in Form eines Arms vorliegen, der entlang mehrerer Richtungen (x-, y-, z-

Richtungen) bewegbar ist und somit mehrfache Freiheitsgrade aufweist. Das Ätzwerkzeug 430 ist ein steuerbares Werkzeug, da es durch eine Rechenvorrichtung wie die Ätzsteuerung 401 gesteuert wird und Teil des gesamten programmierbaren Computersystems ist, das entsprechend der Beschreibung hierin im System 100 eingesetzt wird. Demzufolge kann das Ätzwerkzeug 430 zu einer beliebigen spezifischen Stelle des Wafers usw. pilotiert werden.

Die Nassätzvorrichtung 400 enthält auch ein Fluidabgabe- und Fluidentfernungssystem sowohl zum Einführen der Ätzchemikalien als auch zum Entfernen derartiger Chemikalien aus der Kammer. Diese Komponenten werden unter Verwendung eines herkömmlichen Fluid-Sanitärschemas implementiert, bei dem Leitungen zum Zuführen von Fluid (z. B. einer oder mehrerer Flüssigkeiten, vorzugsweise eines chemischen Ätzmittels) zur Düse 435 bereitgestellt sind. Zusätzlich enthält die Nassätzvorrichtung 400 Leitungen und Mechanismen zum Entladen von Fluid(s), die sich während des Nassätzprozesses innerhalb des Gehäuses 410 ansammeln.

Das mechanische Spannfutter 420 ermöglicht dem Spannfutter 420 das Halten des Wafers. Das Spannfutter 420 umfasst eine Hauptwelle (nicht gezeigt), die mit einer Antriebswelle eines Motors verbunden werden kann, sodass der durch das Drehfutter 420 gehaltene Wafer eine Drehung um eine Z-Achse ausführen kann. Ein Energiequellenschalter des Motors ist mit einer Ausgangsseite des Ätz-Controllers 401 verbunden, sodass die Drehzahl des Motors durch den Controller 401 gesteuert wird. Weiter kann das Drehfutter 420 durch einen Hebemechanismus (nicht gezeigt) gestützt werden, um in einer Richtung der Z-Achse bewegbar zu sein.

Herkömmlicherweise ist um den Außenumfang und den Bodenabschnitt des Drehfutters 420 eine Struktur zum Aufnehmen und Sammeln der Ätzlösung bereitgestellt, die vom Wafer zentrifugal getrennt und anschließend nach außen abgegeben wird. Ein Teil des Mechanismus zum Entladen von Fluid(s) aus dem Gehäuse 410 können ein Abgasdurchgang und Abflussrohre sein, die in den Bodenabschnitten der Kollektorstruktur ausgebildet sind, die das Spannfutter 420 umgibt. Die in der Kollektorstruktur gespeicherte Flüssigkeit kann durch ein oder mehrere Abflussrohre nach außen entladen oder wieder in Umlauf gebracht werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine beliebige Anzahl geeigneter Ätzlösungen verwendet werden, solange diese für einen Nassätzprozess und für das vorgesehene Substrat und die Anwendung geeignet sind. Somit können basierend auf einer Reihe verschiedener Parameter, einschließlich der Eigenschaften des Wafers, unterschiedliche Chemikalien verwendet werden.

In Bezug auf die Abgabe der Ätzmittellösung umfasst die Nassätzvorrichtung 400 auch Mittel zum Steuern der Fließeigenschaften (Durchflussrate) und Temperatur der Ätzmittellösung. Das Betriebssystem kann einen oder mehrere erste Steuerabschnitte der Durchflussrate umfassen, einschließlich, aber ohne diesbezügliche Einschränkung, einer Pumpe oder eines Ventils, die von einer Flüssigkeitszufuhrquelle zu einer Düse verlaufen. Der operative Abschnitt des Steuerabschnitts der Durchflussrate kann auf der Ausgangsseite des Ätz-Controllers 401 verbunden sein, um die Durchflussrate der Ätzmittellösung zu steuern, die zur Düse geführt wird. Darüber hinaus können andere Kontrollmechanismen eingesetzt werden, um die Konzentration der Ätzmittellösung zu steuern. Die Kontrolle der Konzentration des Ätzmittels ist ein Mittel zur Steuerung der gesamten Ätzrate und des Ätzprozesses für einen gegebenen Wafer.

Vierte und fünfte Station 230. 240

Nachdem der Wafer der Bearbeitung an der Ätzstation 220 unterzogen worden ist, wird der Wafer anschließend an einer oder mehreren Wafer-Reinigungsstationen gereinigt. Fig. 3 zeigt zwei unterschiedliche Reinigungsstationen 230, 240; dies ist jedoch lediglich repräsentativ für eine Ausführungsform, und es ist ersichtlich, dass eine einzelne Reinigungsstation verwendet werden kann. Bei einer derartigen Konstruktion kann die einzelnen Reinigungsstation weiterhin ein oder mehrere unterschiedliche Reinigungsverfahren zum Reinigen des Wafers einsetzen.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 6A kann die Reinigungsstation 230 Teil einer Wafer-Reinigungsvorrichtung 1600 sein (nach Art eines Wasch- oder Bürstenkastens), in der der Wafer gewaschen wird, während eine Reinigungslösung auf den Wafer abgegeben wird, um größere Restpartikel und Ätzrückstände zu entfernen. Insbesondere kann die Wafer-Reinigungsvorrichtung 1600 eine Kammer (Gehäuse) 1610 umfassen, die die Ausrüstung und die eingespritzte Reinigungslösung enthält, die im Reinigungsprozess verwendet wird. Die Kammer ist somit zumindest teilweise eine dichte Umgebung und kann eine Wafer-Wascheinrichtung 1615 einschließen, die ein Spannfutter 1620 umfasst (z. B. Dreh-, Rotationsfutter) zum Stützen eines zu reinigenden Wafers. Die Wafer-Wascheinrichtung umfasst auch einen Bürstenmechanismus, der eine oder mehrere Bürsten 1630 zum Waschen des Wafers umfasst. Der Bürstenmechanismus umfasst auch einen Antriebsmechanismus 1640 zum Drehen der Bürsten, einen Klemmmechanismus zum Spannen und Lösen der Bürsten und einen Motor für den Antrieb der Bürsten in eine oder mehrere gesteuerte Richtungen (z. B. radial) über den Oberflächen des Wafers. Während eines beispielhaften Waschprozesses ist es wünschenswert, Wasserströme oder Ströme einer Reinigungslösung zu beiden Oberflächen des drehenden Wafers zu leiten, um Partikel abzuwaschen. Dies geschieht üblicherweise durch die Bereitstellung von Sprühdüsen 1650, die oberhalb und/oder unterhalb der Wafer positioniert sind. Die Sprühdüsen sind vorzugsweise durch Versorgungsleitungen mit einer Quelle von reinem Wasser oder Reinigungslösung verbunden. Die Durchflussrate des Wassers oder der Reinigungslösung kann durch eine Pumpen- und Ventilanordnung (nicht dargestellt) gesteuert werden, die wiederum durch einen Reinigungs-Controller 1601 gesteuert wird (der Teil des hierin beschriebenen gesamten Prozesssteuersystems ist). Alternativ dazu kann eine unter Druck stehende Fluidquelle zum Bereitstellen von Fluidströmung verwendet werden.

Die Reinigungsstation 240 kann eine physisch unterschiedliche Station sein, die nahe der Reinigungsstation 230 angeordnet und von einem Typ ist, bei dem der Wafer einem unterschiedlichen Reinigungsprozess als dem in der Reinigungsstation 230 eingesetzten unterzogen wird. Die Reinigungsstation 240 kann abschließende Reinigungsstation betrachtet werden. Wie vorstehend erwähnt, bezieht der erste Reinigungsschritt einen Waschprozess ein, der vor allem die größeren

Partikel und Ätzmittelrückstände entfernt. Die Wafer kann nass von der ersten Reinigungsstation 230 zur abschließenden Reinigungsstation 240 transferiert werden.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 6B kann, ähnlich wie bei Reinigungsstation 230, die abschließende Reinigungsvorrichtung 1700 in Form einer Kammer 1710 sein und einen oder mehrere Arme 1740 und Düsen 1750 umfassen, um Hochgeschwindigkeits-Spray auf den Wafer zu sprühen, und/oder eine Megasonic-Reinigungsvorrichtung 1780 zum Entfernen von kleinen Teilchen von der Wafer-Oberfläche verwenden. Darüber hinaus kann die Station 240 eine Trockenvorrichtung 1790 zum Trocknen des Wafers am Ende des abschließenden Reinigungsprozesses umfassen.

Der Nassätzprozess unter Verwendung von System 100

Fig. 7a ist ein Übersichtsdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften Konfiguration eines Prozesssteuersystems 700 für den Einsatz mit dem System 100 zum Ausfuhren eines Nassätzprozesses. Im Gegensatz zum vorangegangenen Konzept verwendet die vorliegende Erfindung zumindest bei einigen Ausführungsformen einen mehrstufigen Nassätzprozess, wie hierin beschrieben. Bei einer Anordnung besteht das Prozesssteuersystem aus einer oder mehreren Recheneinrichtungen einschließlich einer Prozesssteuerung 705. Es versteht sich, dass diese Prozesssteuerung 705 praktisch jede beliebige Recheneinrichtung und/oder Datenverarbeitungsvorrichtung sein kann, die die hierin beschriebenen Systeme und/oder Verfahren umsetzen kann.

Die Prozesssteuerung 705 kann eingerichtet sein, um mit den verschiedenen computergesteuerten Komponenten des Systems 100 zu kommunizieren, einschließlich der ersten Station 200, der zweiten Station 210, der dritten Station 220, der vierten Station 230, der fünften Station 240 und den diesen zugeordneten computergesteuerten Einrichtungen oder Steuerungen, einschließlich, aber ohne diesbezügliche Einschränkung, der Wafer-Transfereinrichtung 300, den FOUP-Loadports 160, der bildgebenden Einrichtung 600, der Ätzsteuerung 401 und der Reinigungssteuerung 1601, die elektronische Informationen zu den verschiedenen Komponenten übertragen und elektronische Informationen von diesen empfangen.

Man beachte, dass, während Fig. 7A das Prozesssteuersystem 700 in Bezug auf eine Prozesssteuerung 705 zeigt, selbstverständlich eine beliebige Anzahl von Prozesssteuerungen mit dem Prozesssteuersystem 700 und den Bestandteile bildenden computergesteuerten Komponenten des Systems 100 in der beschriebenen Weise interagieren kann. Es versteht sich weiter, dass, während die verschiedenen Recheneinrichtungen und Maschinen, auf die hier verwiesen wird, einschließlich, aber ohne diesbezügliche Einschränkung, des Computer-Terminals 170, der Prozesssteuerung 705, der ersten Station 200, der zweiten Station 210, der dritten Station 220, der vierten Station 230, der fünften Station 240 und der diesen zugeordneten computergesteuerten Einrichtungen oder Steuerungen, einschließlich, aber ohne diesbezügliche Einschränkung, der Wafer-Transfereinrichtung 300, der FOUP-Loadports 160, der bildgebende Einrichtung 600, der Ätzsteuerung 401 und der Reinigungssteuerung 1601 hierin als individuelle/einzelne Einrichtungen und/oder Maschinen bezeichnet sind, bei bestimmten Implementierungen die angeführten Einrichtungen und Maschinen und ihre dazugehörigen und/oder begleitenden Vorgänge, Merkmale und/oder Funktionalitäten über einer beliebigen Anzahl von Geräten und/oder Maschinen angeordnet oder sonst wie eingesetzt werden können, wie z. B. über eine direkte Verbindung oder Netzwerkverbindung, wie dies Fachleuten auf diesem Gebiet bereits bekannt ist.

Fig. 7B ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften Konfiguration der Prozesssteuerung 705 des Systems 100 für die Durchführung eines

Nassätzprozesses. Die Prozesssteuerung umfasst verschiedene Hardware- und

Softwarekomponenten, die dazu dienen, den Betrieb des Systems zu ermöglichen, einschließlich eines Prozessors 710, eines Speichers 720, eines Displays 740, eines Speichermediums 790 und einer Kommunikationsschnittstelle 750. Der Prozessor 710 dient dazu, Software-Anweisungen auszuführen, die in den Speicher 720 geladen werden können. Der Prozessor 710 kann in Abhängigkeit von der jeweiligen Implementierung eine Anzahl von Prozessoren, ein Multi-Prozessor-Kern oder eine andere Art eines Prozessors sein.

Vorzugsweise kann der Prozessor 710 auf den Speicher 720 und/oder das Speichermedium 790 zugreifen, wodurch es dem Prozessor ermöglicht wird, im Arbeitsspeicher und/oder auf dem Speichermedium gespeicherte Anweisungen zu empfangen und ausführen. Der Speicher kann beispielsweise ein Direktzugriffsspeicher (RAM) oder ein anderes flüchtiges oder nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium sein. Weiter kann der Speicher fest oder auswechselbar sein. Das Speichermedium 790 kann in Abhängigkeit von der besonderen Implementierung verschiedene Formen annehmen. Beispielsweise kann das Speichermedium eine oder mehrere Komponenten enthalten, wie z. B. eine Festplatte, einen Flash-Speicher, eine wiederbeschreibbare optische Disc, ein wiederbeschreibbares Magnetband odereine Kombination der vorstehenden Elemente. Das Speichermedium kann ebenfalls fest oder austauschbar sein.

Eine oder mehrere Softwaremodule 730 sind im Speicher 790 und/oder im Speicher 720 codiert. Die Software-Module können ein oder mehrere Software-Programme oder Anwendungen mit Computer-Programmcode oder eine Gruppe von Anweisungen umfassen, die im Prozessor 710 ausgeführt werden. Derartiger Computer-Programmcode oder Anweisungen zum Ausführen von Vorgängen für Aspekte der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können in einer beliebigen Kombination von einer oder mehreren Programmiersprachen geschrieben sein. Der Programmcode kann vollständig auf der Prozesssteuerung 705, als Stand-alone-Software-Paket, teils auf der Prozesssteuerung, oder komplett auf einem anderen Computer/Gerät oder teilweise auf einen anderen entfernten Computer/Gerät ausführt werden. Beim letzteren Szenario kann die remote Recheneinrichtung mit der Prozesssteuerung durch eine direkte elektronische Verbindung oder Netzwerk beliebigen Typs verbunden sein, einschließlich eines lokalen Netzwerks (LAN) oder eines Wide Area Network (WAN), oder die Verbindung kann mit einem externen Computer hergestellt werden (z. B. überdas Internet unter Verwendung eines Internetdienstanbieters).

Vorzugsweise sind unter den Softwaremodulen 730 ein Messmodul 770, ein Wafer-Profilmodul 772, ein Ätzrezept-Modul 774, ein Ätzprozess-Modul 776 und ein Datenbankmodul 778 sowie ein Benutzerschnittstellen-Modul 780 eingeschlossen, die vom Prozessor 710 ausgeführt werden. Während der Ausführung der Software-Module 730 konfiguriert der Prozessor die Prozesssteuerung 705, um entsprechend der folgenden ausführlichen Beschreibung verschiedene Vorgänge in Bezug auf das System 100 zum Ausführen eines Nassätzprozesses auszuführen.

Man kann auch sagen, dass der Programmcode der Softwaremodule 730 und von einer oder mehreren computerlesbaren Speichereinrichtungen (z. B. Speicher 720 und/oder Speichermedium 790) ein Computerprogrammprodukt bilden, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt und/oder verteilt werden kann, wie es Fachleuten auf diesem Gebiet bereits bekannt ist.

Es versteht sich, dass bei einigen illustrativen Ausführungsformen ein oder mehrere Softwaremodule 730 über ein Netzwerk von einem anderen Gerät oder System über die Kommunikationsschnittstelle 750 für den Einsatz im System 100 auf das Speichermedium 790 heruntergeladen werden können. Weiter beachte man, dass andere Informationen und/oder Daten, die für den Betrieb der vorliegenden Systeme und Verfahren (z. B. Datenbank 785) relevant sind, auch auf Speichermedien gespeichert werden können, wie im Folgenden näher erläutert wird.

Auf dem Speichermedium 790 ist vorzugsweise auch die Datenbank 785 gespeichert. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, enthält und/oder pflegt die Datenbank verschiedene Daten und Datenelemente, die in den verschiedenen Vorgängen des Systems 100 verwendet werden. Die in der Datenbank gespeicherten Informationen können ohne diesbezügliche Einschränkung Algorithmen zur Parameteranpassung einschließen, sowie Rezepte, Angaben zu chemischen Mischungen, Sollwerte, Einstellungen, Alarme, Istwerte für Prozessvariablen und durch die Prozesssteuerung gesammelte und analysierte historische Daten (z. B. Chargen Protokolle, Messinformationen zur Substratdicke, Messinformationen zur VIA-Tiefe), wie hierin ausführlicher beschrieben wird. Man beachte, dass, obwohl die Datenbank so dargestellt ist, dass sie lokal auf der Prozesssteuerung 705 konfiguriert wird, die Datenbank und/oder verschiedene darin enthaltene Datenelemente entfernt angeordnet sein können (z. B. auf einem entfernten Computer oder Server -nicht gezeigt), wobei sie mit der Prozesssteuerung über ein Netzwerk oder auf Fachleuten auf diesem Gebiet und Prozess-Steuerung über ein Netzwerk oder in einer Weise, die bekannt, um Durchschnittsfachleute in der Kunst verbunden.

Eine Schnittstelle 715 ist ebenfalls mit dem Prozessor 710 wirkverbunden. Die Schnittstelle kann aus einem oder mehreren Eingabegerät(en) bestehen, wie z. B. Schaltern, Schaltflächen, Tasten, einem Touchscreen, Mikrofon usw., wie es auf dem Gebiet der elektronischen Recheneinrichtungen ersichtlich ist. Die Schnittstelle dient dazu, die Erfassung von Befehlen vom Benutzer zu erleichtern, z. B. Ein-Aus-Befehle oder Einstellungen, die sich auf den Betrieb des Systems 100 beziehen.

Die Anzeige 740 ist ebenfalls mit dem Prozessor 710 wirkverbunden. Die Anzeige umfasst einen Bildschirm oder eine andere derartige Präsentationseinrichtung, die es dem Benutzer ermöglicht, Informationen über den Betrieb des Systems 100 einzusehen, einschließlich Steuerungseinstellungen, Befehlsaufforderungen und Daten, die von verschiedenen Komponenten des

Systems 100 gesammelt und zur Prozesssteuerung bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die Anzeige eine Digitalanzeige wie z. B. eine Punktmatrixanzeige oder eine andere zweidimensionale Anzeige sein.

Als weiteres Beispiel können Schnittstelle und Display in eine Touchscreen-Anzeige integriert sein. Dementsprechend wird der Bildschirm verwendet, um eine grafische Benutzeroberfläche zu zeigen, die verschiedene Daten anzeigen und "Formulare" bereitstellen kann, die Felder umfassen, die die Eingabe von Informationen durch den Benutzer ermöglichen. Durch Berühren des Touchscreens an Positionen, die der Anzeige einer grafischen Benutzeroberfläche entsprechen, kann die Person mit dem Gerät interagieren, um Daten einzugeben, Einstellungen zu ändern, Steuerfunktionen zu ändern usw. Wenn der Touchscreen berührt wird, kommuniziert die Schnittstelle diese Änderung somit an den Prozessor, und Einstellungen können geändert werden, oder vom Benutzer eingegebene Informationen können erfasst und im Speicher gespeichert werden.

Der Audioausgang 760 ist ebenfalls mit dem Prozessor 710 wirkverbunden. Die Audioausgabe kann Lautsprechersystem beliebiger Art sein, das konfiguriert ist, um elektronische Audiodateien abzuspielen oder Audio-Töne zu erzeugen, wie es für Fachleuten auf diesem Gebiet ersichtlich ist. Der Audioausgang kann in die Prozesssteuerung 705 oder extern von der Prozesssteuerung 705 integriert sein.

Die Kommunikationsschnittstelle ist ebenfalls mit dem Prozessor 710 wirkverbunden und kann eine beliebige Schnittstelle sein, die eine Kommunikation zwischen der Prozesssteuerung 705 und externen Geräten, Maschinen und/oder Elementen einschließlich Roboter, bildgebende Einrichtung, Ätzsteuerung, Reinigungssteuerung, Chemistry Controller ermöglicht. Bevorzugt umfasst die Kommunikationsschnittstelle ohne diesbezügliche Einschränkung Ethernet, IEEE 1394, Parallelanschluss, PS/2, seriellen Anschluss, USB, VGA, DVI, SCSI, HDMI, eine Netzwerkkarte (NIC), eine integrierte Netzwerkschnittstelle, einen HF-Sender/Empfänger (z. B. Bluetooth, Mobilfunk, NFC), einen Satellitenkommunikations-Sender/Empfänger, einen Infrarot-Port und/oder beliebige andere derartige Schnittstellen zum Verbinden der Prozesssteuerung 705 mit anderen Recheneinrichtungen und/oder Kommunikationsnetzen wie z. B. privaten Netzwerken und dem Internet. Derartige Verbindungen können eine drahtgebundene Verbindung umfassen (z. B. des RS232- Standards) oder eine drahtlose Verbindung (z. B. unter Verwendung des 802.11-Standards), obwohl es sich versteht, dass die Kommunikationsschnittstelle praktisch jede beliebige Schnittstelle sein kann, die eine Kommunikation zur/von der Prozesssteuerung 705 ermöglicht.

An verschiedenen Punkten während des Betriebs des Systems 100 zum Durchführen eines Nassätzprozesses kann die Prozesssteuerung 705 mit einer oder mehreren Recheneinrichtungen kommunizieren, beispielsweise mit Recheneinrichtungen, die verwendet werden, um die verschiedenen Prozessstationen und Bestandteile bildenden Einrichtungen zu betreiben, wie hierin im Folgenden ausführlicher beschrieben. Derartige Recheneinrichtungen können Daten zur/von der Prozesssteuerung 705 und untereinander übertragen und/oder empfangen, wodurch vorzugsweise Pflege und/oder Verbesserung des Betriebs des Systems 100 initiiert wird, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist.

Der Betrieb des Systems 100 zum Durchführen eines Nassätzprozesses und der verschiedenen oben beschriebenen Elemente und Komponenten wird besser verständlich unter Bezugnahme auf den Prozess zum Offenlegen von TSVs entsprechend der Beschreibung weiter unten in Verbindung mit Fig. 7, 8, 9A-9I und 10, 11.

Fig. 8 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozessablauf 800 zum Ätzen von Wafern unter Verwendung des Systems 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Es versteht sich, dass der beispielhafte Prozess auf TSV-Substraten (d. h Wafern) nach dem Schleifen durchgeführt werden kann, wobei die TSVs wegen einer Schicht aus restlichem Substratmaterial (auch als Deckmaterial bezeichnet) nicht auf der Oberseite des Wafers offengelegt werden. Darüber hinaus ist die Unterseite des Wafers an einem Träger mit einer Klebeschicht angebracht, die in der Dicke von einem Wafer zum anderen variieren kann. Es versteht sich jedoch, dass Wafer nicht auf diese spezielle Trägerkonfiguration beschränkt sind, da der beispielhafte Prozess auf Wafern in abwechselnden Trägerkonfigurationen und Nicht-Trägerkonfigurationen betreibbar ist, wie für Fachleute auf diesem Gebiet verständlich. Der beispielhafte Prozess stellt eine spezialisierte Metrologie bereit, um die Dicke der Überlagerungs- und Nassätz-Wafer in mehreren Stufen unter Verwendung des Systems 100 zu bestimmen, um die TSVs auf eine gewünschte Tiefe und Gleichmäßigkeit der Waferdicke freizulegen. Wie hierin beschrieben, kann das vorliegende System zwei oder mehr diskrete Nassätzstufen (Schritte) einsetzen, die in denselben oder unterschiedlichen Nassätzstationen im System durchgeführt werden, um einen Nassätzprozess 100 zum Freilegen der TSVs auf die gewünschte Tiefe auszuführen.

Wie weiter hierin beschrieben, ist das System 100 konfiguriert, um die Waferdicke zu messen, eine Restsubstratmaterialdicke RST an jeweiligen radialen Positionen (wie hierin definiert) zu berechnen (z. B. die Dicke der Überlagerung oberhalb der Oberseite der TSVs), ein oder mehrere Ätzrezepte zu erzeugen und durch mehrfache Ätzschritte den Wafer selektiv zu ätzen, um radial abhängige Ungleichmäßigkeiten der RST zu minimieren und die TSVs auf eine vorgeschriebene Offenlegungshöhe und Toleranz freizulegen. Zwei sehr unterschiedliche chemische Abläufe können für die spezifischen Attribute gewählt werden, die jeweils bieten [sic] und das Ziel jedes Ätzschrittes. Bei einer beispielhaften Implementierung kann der erste Ätzschritt durchgeführt werden, um die Ungleichmäßigkeiten der RST-Dicke zu eliminieren, die aus der TSV-Bildung und der Ungleichmäßigkeit der Waferdicke aus dem Schleifschritt resultieren. Die erforderliche Ätzzeit und das Ätzprofil sind daher für jeden Wafer unterschiedlich und im Profil ungleichförmig. Diese hochgradig gezielte ungleichförmige Ätzung kann durch die Verwendung eines isotropen Ätzmittels erreicht werden. Der ausgewählte chemische Ablauf (z. B. HF:HN03 mit Viskositätsmitteln, starke Säure) ist ein nicht selektives Silizium-Ätzmittel, das stark auf die Stelle reagiert, auf die es durch die Düse mit einer hohen Ätzrate abgegeben wird. Anders ausgedrückt, konzentriert (lokalisiert) die Abgabe von Ätzmittel auf einer bestimmten radialen Stelle das Ätzen auf die jeweilige radiale Stelle, auf die der Ätzmittel-Strom abgegeben wird. Dementsprechend ergibt dies die Fähigkeit, den Wafer schnell und genau auf das erste Ziel-Waferprofil zu formen, d. h. die ungleichförmige Überlagerungsschicht auszudünnen und eine dünne, aber gleichförmige Schicht aus Substratmaterial zu hinterlassen, die über den TSVs verbleibt. Wenn keine Substratschicht über den TSVs verbliebe, könnte dieses Ätzmittel die Oxid-Liner und leitfähigen VIA-Materialien angreifen und den Wafer zerstören.

Bei einigen Implementierungen ist eine weitere während des ersten Ätzens durchgeführte Aufgabe eine Glättung der Waferoberfläche. Wiederum ermöglichen die Eigenschaften des Ätzmittels das Glätten der eingehenden rauen Wafer-Oberfläche während dieser Ätzung. Während die Oberfläche durch die erste Stufe der Ätzung ausreichend geglättet werden kann, kann der beispielhafte Prozess die Notwendigkeit eines chemisch-mechanischen Polierens (CMP/Chemical Mechanical Planarization) vor dem Ätzschritt eliminieren. Dies reduziert die Kosten des Prozesses durch den Wegfall eines weiteren Fertigungsschritts im Ätzprozess.

Das zweite Ätzen (d. h. das "Freilegungsätzen") ist dagegen ein methodischer, anisotroper und wiederholbarer Prozess. Dies kann mit einem stark alkalischen Ätzmittel durchgeführt werden. Das Ätzmittel ist vorzugsweise selektiv und ätzt Silizium und nicht den TSV oder Liner-Materialien. Das zweite Ätzen entfernt die kleine Menge Trägermaterial, die verblieben ist, um die TSV-Materialien zu schützen, und setzt das Ätzen fort, sodass die TSVs auf eine erforderliche vorgeschriebenen Offenlegungshöhe freigelegt werden. Das zweite Ätzen kann sehr wenig Einfluss auf die Glattheit des verbleibenden Siliziums und keine nennenswerten Auswirkungen (bzw. keinen Einfluss) auf die TSV-Materialien haben (z. B. die Einlage oder das in den VIA gefüllte leitfähige Material). Da der erste Ätzschritt die Ungleichmäßigkeiten in der Wafer-Dicke korrigiert hat, kann der zweite Ätzschritt so eingerichtet werden, dass er im Wesentlichen gleichförmig und über einen Stapel von Wafern wiederholbar und selektiv ist.

Obwohl der Prozessablauf normalerweise mit Bezug auf TSV-Wafer erörtert wird, versteht es sich, dass der beispielhafte Prozess auf Nicht-TSV Wafern durchgeführt werden kann und spezialisierte Metrologie bereitstellt, um die Dicke der Wafer zu bestimmen und Nicht-TSV-Wafer unter Verwendung des Systems 100 auf eine gewünschte abschließende Dicke mit Gleichmäßigkeit der Wafer-Dicke nass zu ätzen. Wie hierin weiter beschrieben ist, misst der Prozess 800 die Dicke eines Wafers vor und nach verschiedenen Phasen im Nassätzprozess, um das Ätzens des Wafers in nachfolgenden Ätzschritten dynamisch anpassen, um das gewünschte abschließende Wafer-Profil präziser zu erzielen. Zusätzlich kann die Dickenmessung von vorangegangenen Wafern analysiert werden, um die zum Ätzen nachfolgender Wafer im Batch implementierten Verarbeitungsparameter entsprechend dynamisch anzupassen. Zusätzlich oder alternativ dazu können die verbliebenen Wafer einem oder mehreren in der Routine 800 beschriebenen Mess- und Ätzschritten unterzogen werden, um einen oder mehrere der Wafer im Hinblick auf ihre jeweiligen Messungen unter Angabe der jeweiligen Ätzergebnisse zu bearbeiten.

In Prozessblock 805 platziert das System 100 den Wafer in der Messstation der Wafer-Dicke. Im Prozessblock 810 misst das System die anfängliche Dicke eines Wafers und berechnet die erforderliche Ätztiefe für den Wafer (das erste Ätzprofil) in Übereinstimmung mit den Dickenmessungen und dem Wafer-Profil. Das Wafer-Profil umfasst Parameter, die eine erste Gruppe von physikalischen

Ziel-Eigenschaften des Wafers nach der ersten Ätzphase definieren (erstes Wafer-Zielprofil), sowie eine abschließende Gruppe von physikalischen Ziel-Eigenschaften des Wafers nach der zweiten Ätzphase (abschließendes Wafer-Zielprofil). Im Prozessblock 815 erzeugt das System ein erstes Ätzrezept für den Wafer, um das erste Wafer-Zielprofil für den Wafer nach dem ersten Ätzschritt zu erzielen (die erste Ätzphase ist hierin als "Spin-D" bezeichnet). Im Prozessblock 820 ätzt das System den Wafer gemäß dem ersten Ätzrezept. In Prozessblock 825 platziert das System 100 den Wafer in der Messstation der Wafer-Dicke. Im Prozessblock 830 misst das System erneut die Dicke des bearbeiteten Wafers. Darüber hinaus stellt die Messstation die Dickenmessungen zur Prozesssteuerung bereit, um die tatsächlichen physikalischen Eigenschaften des Wafers zu analysieren und die erforderliche Ätztiefe für den Wafer in Übereinstimmung mit den gewünschten physikalischen Eigenschaften des Wafers nach dem zweiten Ätzschritt (hierin als "Etch-1" bezeichnet) zu berechnen. Im Prozessblock 835 erzeugt das System ein zweites Ätzrezept für den Wafer, um ein zweites Ätzprofil und als Ergebnis das abschließende Wafer-Zielprofil nach dem zweiten Ätzschritt (im Folgenden als "Etch-Γ bezeichnet) zu erzielen. Im Prozessblock 840 ätzt das System den Wafer gemäß dem zweiten Ätzrezept. Bei einigen Implementierungen können Dickenmessungen nach dem Spin-D- und Etch-1-Ätzschritt verwendet werden, um die Wirksamkeit der jeweiligen Ätzrezepte zu bewerten und das Ätzrezept für nachfolgende Wafer entsprechend dem Prozessablauf 800 anzupassen. Bei einigen Implementierungen können die Dickenmessungen nach dem Ätzen verwendet werden, um das vorangegangene Ätzrezept neu zu berechnen und den vorangegangenen Ätzschritt einmal oder mehrmals erneut zu auszuführen, bis das entsprechende Wafer-Zielprofil erreicht ist.

Durch die Kombination von Siliziumdickenmessung, Nassätzung und Reinigung in einem Single-Wafer-Prozesssystem stellt das hierin beschriebene System niedrige Gesamtbetriebskosten für die TSV-Freilegung bereit.

Wie für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich und hierin weiter beschrieben ist, bezieht sich ein Waferprofil auf die physikalischen Eigenschaften eines Wafers an einer Vielzahl von Stellen oder Bereichen auf der Oberfläche des Wafers (z. B. gemessen an bestimmten Punkten oder Bereichen, die als radiale Positionen bezeichnet werden). Ein "anfängliches" Profil eines Wafers soll sich auf die tatsächlichen physikalischen Eigenschaften des Wafers an einer Vielzahl von Stellen auf der Oberfläche des Wafers beziehen. Ein "Ziel-" oder "gewünschtes" Waferprofil sind die beabsichtigten physikalischen Eigenschaften des Wafers nach einem oder mehreren Ätzschritten.

Dementsprechend ist ersichtlich, dass ein Ätzprofil die Differenz zwischen dem anfänglichen Waferprofil und dem Wafer-Zielprofil nach einem oder mehreren Ätzschritten darstellt und dass es, wie für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich, die physikalischen Eigenschaften des Wafermaterials darstellt (z. B. Dicke an einer oder mehreren einer Vielzahl von Stellen), die in einem oder mehreren Ätzschritten weggeätzt werden sollen. Im Allgemeinen beziehen sich die physikalischen Eigenschaften für ein Wafer- oder Ätzprofil generell auf die Dicke des Wafers. Bei einigen Implementierungen kann ein Waferprofil anhand der Gesamtdicke des Wafermaterials ausgedrückt werden (z. B. Dicke von einer Oberfläche des Wafers, die an einem Träger angebracht ist, bis zur abzuätzenden Oberfläche). Es ist jedoch ersichtlich, dass die Waferdicke oder die Menge des durch Ätzen zu entfernenden Materials anhand von anderen Parametern ausgedrückt werden kann. Beispielsweise kann in Bezug auf TSV-Substrate eine Dicke relativ zu einer Referenzhöhe der TSVs (z. B. die RST der Überlagerung oberhalb der Oberseite der TSVs) oder relativ zur Ziel-Offenlegungshöhe" der TSVs nach dem Ätzen definiert werden.

Der Zwei-Stufen-Ätzprozess ermöglicht unterschiedliche Grade der Ätzpräzision und, unter Verwendung von In-Line-Messung, können Anpassungen der ersten und zweiten Ätzrezepte vorgenommen werden, um optimierte Ergebnisse und Effizienz zu erreichen. Beispielsweise kann die erste Ätzstufe ein vorläufiges Ätzen oder "grobes Ätzen" sein, um die Dicke der Deckschicht effizient zu reduzieren, radial abhängige Ungleichmäßigkeiten der Wafer-Dicke zu minimieren und in einigen Fällen die TSVs teilweise freizulegen, vorzugsweise ohne die TSVs übermäßig offenzulegen. Der zweite Ätzschritt kann nach einem genaueren und besser kontrollierten Ätzrezept ausgeführt werden, um das abschließende Wafer-Zielprofil nach Abschluss des Prozesses 800 zu erreichen (das abschließende Wafer-Profil). Darüber hinaus kann das System, wenn der Wafer nach Spin-D und/oder Etch-1 nicht das abschließende Wafer-Profil erreicht, die Prozessschritte 825-840 wiederholen, bis das jeweilige Wafer-Zielprofil erreicht ist.

Anders ausgedrückt, kann die erste Ätzstufe verwendet werden, um die Wafer-Deckschicht effektiv und mit Geschwindigkeit zu ätzen, und an einem ausgewählten Punkt wird die erste Stufe angehalten, und die zweite Ätzstufe beginnt. Abweichungen der Tiefe der Silizium-Überlagerung können durch Ungleichförmigkeiten der Dicke nach dem Schleifen, der VIA-Dicke/Tiefe und des Bondings auftreten. Die Integration der Messungen der Waferdicke vor und nach dem Ätzen in der Single-Wafer-Ausrüstung stellt die hochpräzise Prozesssteuerung bereit, die für die Großserienfertigung benötigt wird. Eine Verbesserung der Oberflächenrauheit und der Gleichmäßigkeit des Ätzens wird mit diesem Nassprozess erreicht durch die Kombination der Performance von chemischen Abläufen und Prozessoptimierung.

Die spezifischen, im Prozess 800 befolgten Schritte werden ausführlicher beschrieben in Verbindung mit Fig. 8B, 9A-9I. Es versteht sich, dass mehr oder weniger Vorgänge ausgeführt werden können als die in den Figuren hierin gezeigten und beschriebenen. Diese Vorgänge können auch in einer anderen Reihenfolge als der hierin beschriebenen durchgeführt werden oder kombiniert in Mehr-Schritt-Prozessen kombiniert oder in Sub-Routinen unterteilt. Die Schritte werden im Zusammenhang des Systems 100 beschrieben, wobei die Anwendung der Schritte jedoch nicht auf die beispielhafte Konfiguration des Systems 100 entsprechend der Beschreibung in Fig. 1-7 beschränkt ist.

Vor der Bearbeitung des Wafers kann ein Benutzer aufgefordert werden ein "Wafer-Profil" zu erstellen. Das Wafer-Profil umfasst Informationen über das gewünschte Profil des Wafers nach jedem der Ätzprozesse und gibt verschiedene Bearbeitungsparameter für die Mess- und Ätzschritte vor, die vom System 100 ausgeführt werden. Das Wafer-Profil kann durch den Benutzer über die Benutzeroberfläche eingegeben und durch den Prozessor 710 der Prozesssteuerung 705 empfangen werden, die durch das Ausfuhren von einem oder mehreren Softwaremodulen 730 konfiguriert wird, vorzugsweise einschließlich des Benutzerschnittstellenmoduls 780 und des Wafer-Profilmoduls 772. Fig. 9A zeigt eine beispielhafte grafische Benutzeroberfläche (GUI) 910 zur Anzeige des Wafer-Profils 900 durch die Anzeige 740. Die GUI umfasst interaktive Formulare, die vom Benutzer zum Anpassen des Wafer-Profils 900 mithilfe der Benutzerschnittstelle 715 bearbeitet werden können. Entsprechend der Darstellung kann das Wafer-Profil die folgenden Informationen enthalten: • Profilname • 1. Ätzrate, 912 • 2. Ätzrate, 914 • Mindest-Freilegungstoleranz, 916 • Toleranz der gleichmäßigen Dicke, 918 • Typ der Wafer-Messung: Radius oder Durchmesser, 920 • Grad: Messung der Theta-Rotation vom Wafer-Notch, 922 • Wafer-Radius oder -Durchmesser, 924 • Schritte: Anzahl der vorzunehmenden Messungen über dem Radius oder Durchmesser des Wafers, 926 • Mittelbereich des Wafers: Messbereich auf Wafer, der verwendet wird, um Mitte Schwer, Mitte Leicht oder Dicke Gleichmäßig zu bestimmen. 928 • VIA-Höhe 930, Freilegungstiefe 932 und Ätz-Offset 934 für jeden gemessenen Punkt entlang des Radius/Durchmessers des Wafers 936.

Wie vorstehend erwähnt, ist der erste Schritt im beispielhaften Prozess ein Messschritt zum Bestimmen der physikalischen Eigenschaften des Wafers, d. h. der Dicke des Wafers vor dem Ätzen. Da das Messgerät konfiguriert ist, um die tatsächliche Dicke des Wafers über der Oberfläche durch optisches Scannen des Wafers zu messen, kann die Messauflösung (z. B. die Anzahl der über der Wafer-Oberfläche gesammelten Datenpunkte) in Abhängigkeit vom von der Anwendung des bearbeiteten Wafers benötigten Detailniveau angepasst werden, und sie kann von einem detaillierten Scan der gesamten Oberfläche bis zu nur ein paar Datenpunkten über der Oberfläche reichen. Entsprechend der Darstellung in der beispielhaften GUI aus Fig. 9A können verschiedene Messparameter unter Verwendung der Benutzerschnittstelle eingegeben oder vom Benutzer angepasst werden, einschließlich folgender Parameter: Größe des Wafers 924, Anzahl der Scan-Schritte zwischen dem Anfangs- und Endpunkt des Wafer-Scans 926 (z. B. Scan-Auflösung, die den Abstand zwischen Messungen definiert) und Winkel über dem Wafer, in dem die Dickenmessungen entlang 922 vorgenommen werden. Zusätzlich kann der Benutzer die Messart 920 angeben, die das Messgerät anweist, über einem Radius des Wafers oder über einem Durchmesser des Wafers messen.

Das Wafer-Profil 900 kann auch Informationen zu den physikalischen Eigenschaften des Wafers umfassen, einschließlich der TSV-Höhe 930 (auch als VIA-Höhe bezeichnet). Die Referenzhöhe der TSVs im Wafer kann vom Hersteller des Wafers erhalten werden und manuell durch den Benutzer eingegeben oder automatisch erfasst und durch den Prozessor aus einer Datenbank, die diese Informationen speichert, in das Wafer-Profil eingegeben werden. Alternativ dazu oder zusätzlich kann die Referenzhöhe auch eine Funktion von Messungen der tatsächlichen Höhe der TSVs von einem oder mehreren geätzten Wafern sein und automatisch erfasst und durch den Prozessor aus einer Datenbank, die derartige Informationen speichert, in das Wafer-Profil eingegeben werden. Das vom Benutzer definierte Wafer-Profil kann auch die Größe (z. B. Durchmesser) des "Mittelbereichs" des Wafers definieren.

Das Wafer-Profil 900 kann auch Informationen über die gewünschten physikalischen Eigenschaften des Wafers nach der Verarbeitung des Wafers umfassen. Die gewünschten physikalischen Eigenschaften können für jeden Ätzschritt sowie für das gewünschte abschließende Wafer-Profil definiert werden. Die physikalischen Eigenschaften können Folgendes einschließen: Mindest-Freilegungstoleranz 916 und Toleranzen der gleichmäßigen Dicke 918 und für jeden inkrementeilen Schritt des Scans die Offenlegungs-Tiefe 932 und den Ätz-Offset-934. Die Offenlegungs-Tiefe ist die abschließende Zieltiefe des Wafers, nachdem der Ätzprozess abgeschlossen ist. Der Ätz-Offset kann verwendet werden, um die Menge an Wafermaterial zu definieren, die in der ersten Ätzstufe (z. B. "Spin-D") entfernt werden soll. Beispielsweise kann beim Ätzen eines TSV-Substrats, wie hierin beschrieben, der Ätz-Offset ausgedrückt werden anhand der Menge des restlichen Substratmaterials über den TSVs nach dem ersten Ätzen (z. B. 4 Mikrometer relativ zur Spitze der TSVs an entsprechenden radialen Positionen). Als weiteres Beispiel kann der Ätz-Offset relativ zur abschließenden Substratdicke ausgedrückt werden (z. B. 8 Mikrometer von der Offenlegungs-Tiefe). Die Offenlegungshöhe, die der Offenlegungs-Tiefe entspricht und ebenfalls relativ zur TSV-Höhe ist, gibt die gewünschte Höhe des freigelegten Abschnitts der TSVs an entsprechenden radialen Positionen nach der Bearbeitung an. Die Die Mindest-Freilegungstoleranz 916 ist die maximal tolerierte Abweichung zwischen Offenlegungshöhen über dem Wafer, und die Toleranz der gleichmäßigen Dicke 918 betrifft die Differenz zwischen der minimalen und maximalen Dicke des Wafermaterials nach der Bearbeitung (z. B. die Abweichung der Offenlegungs-Tiefe an entsprechenden radialen Positionen). Diese und andere derartige Dickentoleranzen können vom Benutzer bei der Definition des Wafer-Profils 900 angegeben werden. Zusätzlich kann die das Wafer-Profil 900 anzeigende GUI entsprechend der Darstellung in Fig. 9A auch eine grafische Darstellung 940 verschiedener im Wafer-Profil definierter Parameter umfassen. Insbesondere gibt in Fig. 9A, die das Wafer-Profil für einen 180-mm-Wafer, gemessen über dem Durchmesser, anzeigt, das Schaubild 940 eine Linie 942 wieder, die der Referenz-VIA-Höhe 930 entspricht, sowie eine Linie 944, die der Offenlegungs-Tiefe 932 entspricht. Entsprechend der Darstellung ist der Wert für entsprechende Parameter als Funktion der Distanz von der Wafer-Mitte eingetragen. Das Schaubild zeigt auch einen Bereich, der dem definierten Mittelbereich 946 entspricht. Fig. 9B zeigt eine alternative Darstellung eines beispielhaften Waferprofils 950 für einen 180-mm-Wafer, der über einem Radius gemessen wird. Dementsprechend sind die grafische Darstellung 952 der Linie, die der TSV-Höhe 954 entspricht, und die Offenlegungs-Tiefe 956 im Radiusformat dargestellt.

Fig. 8B zeigt ausführlicher eine Routine 850 zur Bearbeitung eines Wafers. In Schritt 855 initialisiert der Prozessor 710, der durch Ausführen eines oder mehrerer Softwaremodule 730 konfiguriert wird, vorzugsweise einschließlich des Messmoduls 770 und des Waferprofilmoduls 772 und des Datenbankmoduls 778, den Wafermessprozess. Dies kann das Laden des Waferprofils aus dem Speicher umfassen, um das Waferprofil zu identifizieren, das durch jeden nachfolgenden Ätzschritt (z. B. Spin-D und in späteren Stufen Etch-1) erreicht werden soll, und die Waferdicke im Hinblick auf das gewünschte Waferprofil zu messen. Dementsprechend ist ersichtlich, dass der jeweilige Ätzschritt und entsprechende Parameter, die in dem Waferprofil festgelegt sind, den Messprozess und die Berechnung der Dicke und die Berechnung verschiedener Bearbeitungsparameter durch den konfigurierten Prozessor leiten.

Anschließend misst das System bei Schritt 860 die Waferdicke vor dem Spin-D-Ätzschritt. Insbesondere veranlasst der Prozessor 710, der durch Ausführen eines oder mehrerer Softwaremodule 730, vorzugsweise des Messmoduls 770 und des Datenbankmoduls 778, konfiguriert ist, dass die bildgebende Einrichtung 600 Dickeninformationen für einen Wafer sammelt und die Messungen auf dem Speichermedium 790 oder im Speicher 720 zur weiteren Bearbeitung durch den Prozessor aufzeichnet.

Verschiedene Verfahren zum optischen Abtasten des Wafers können implementiert werden, um die Dicke des Wafers zu bestimmen und dickenbezogene Parameter bezüglich der verschiedenen Ätzschritte zu berechnen. Die Dickeninformation kann Folgendes umfassen: die radiale Dicke des Wafers bei verschiedenen Radien; Gesamtdickenvariation (TTV, die die Differenz zwischen der auf dem Wafer gemessenen minimalen und maximalen Dicke darstellt); Wafer-Ebenheit (z. B. Wafer-Bogen); Oberflächenrauheit und andere Messungen zur Topografie eines Wafers, die für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, wie für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich ist. Vorzugsweise scannt die bildgebende Einrichtung 600 ein repräsentatives Muster der Oberfläche des Wafers und erfasst die Dickeninformation, vorzugsweise einschließlich der Waferdicke über dem repräsentativen Muster, und stellt die Dickeninformation an den Prozessor 710 der Prozesssteuerung 705 bereit.

Dickenmessungen können an verschiedenen radialen Stellen auf einem Wafer erfasst werden. Bei einigen Implementierungen können die Messungen verwendet werden, um eine durchschnittliche Dicke an jeder radialen Position sowie eine durchschnittliche Dicke des gesamten Wafers zu berechnen. Im Sprachgebrauch der gegenständlichen Offenbarung bezieht sich "Radius" oder "radial" auf einen Abstand von der Mitte des Wafers. Es versteht sich, dass "radiale Position" entsprechend der Beschreibung hierin eine Fläche auf der Oberfläche des Wafers ist, die die Mitte in einem gegebenen Radius (z. B. Radius = 20 mm) umgibt, oder ein Bereich von radialen Abständen von der Mitte (z. B. Radius = 20 mm-30 mm). Fachleute auf diesem Gebiet erkennen leicht, dass aufgrund der Tatsache, dass sich der Wafer während der Ätzprozesse dreht, eine radiale Position in Form eines ringförmigen Bereichs (z. B. eines Ringes, der das Zentrum umgibt), der in einem vorgeschriebenen radialen Abstand (bzw. in Abständen) von der Mitte des Wafers auf dem Wafer definiert ist, offensichtlich wird. Ähnlich bezieht sich die radiale Dicke entsprechend der weiteren Beschreibung hierin auf die Dicke eines Wafers an einer gegebenen radialen Stelle (z. B. auf die Dicke des Wafers, gemessen an einem oder mehreren Punkten, die innerhalb der radialen Position fallen).

Die radiale Dicke kann nach einem Algorithmus berechnet werden, der eine Funktion der gemessenen Dicke des Wafers bei einem gegebenen Radius von der Mitte des Wafers ist. Zusätzlich kann die radiale Dicke ein Durchschnitt von mehreren Dickenmessungen an einer radialen Stelle sein. Weiter können an verschiedenen radialen Stellen auf einem Substrat erfasste Dickenmessungen, verwendet werden, um die Dicke an Zwischenpositionen in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen den beiden Datenpunkten und der jeweiligen Dicke an den Punkten zu interpolieren. Anders ausgedrückt, kann der konfigurierte Prozessor einen Interpolationsvorgang zum Erzeugen derartiger Zwischenmessungen ausführen. Als weiteres Beispiel kann eine Dicke, die an einem bestimmten Abtastpunkt gemessen wird, interpretiert werden, um die allgemeine Dicke des Substrats um die gesamte radiale Position zu reflektieren. Die anfängliche Waferdicke kann auch nach einem Algorithmus berechnet werden, der eine Funktion der gemessenen durchschnittlichen Dicke des Wafers bei einem gegebenen Radius des Wafers ist. Beispielsweise kann die Anfangswaferdicke durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

BeginningWaferThickness = Durchschnitt (gemessene Wafer-Dicke)

Anschließend berechnet das System bei Schritt 865 für jeden gemessenen Punkt auf dem Wafer verschiedene Parameter, die auf der Dicke des Wafers und dem gewünschten Waferprofil nach dem anschließenden Ätzprozess basieren. Bei einigen Implementierungen berechnet der Prozessor 705, der durch Ausführen eines oder mehrerer Softwaremodule 730 konfiguriert wird, vorzugsweise einschließlich des Messmoduls 770 und des Waferprofilmoduls 772, vor dem Spin-D-Ätzschritt die verschiedenen Dickenparameter in Hinblick auf die jeweilige Stufe des Ätzprozesses und entsprechende im Waferprofil festgelegte Bearbeitungsparameter.

Bei einigen Implementierungen kann der konfigurierte Prozessor vor der ersten Ätzstufe (hierin als "Spin-D" bezeichnet) die Rest-Substratdicke (RST) für jeden Abtastpunkt bestimmen, wobei die RST die Menge an Substratmaterial oberhalb der TSVs ist. Die RST an jedem Scanpunkt kann während des Spin-D-Ätzprozesses teilweise oder vollständig entfernt werden. Beispielsweise kann die Spin-D-Ätzung definiert werden, um die Masse des Materials oberhalb der TSVs und eine vorgeschriebene Menge an zusätzlichem Substratmaterial (z. B. entsprechend der Definition durch den Atz-Offset im Waferprofil) vom Wafer zu entfernen, ohne die TSVs vollständig bis zur abschließenden Ziel-Offenlegungshöhe freizulegen. Alternativ dazu kann der Atz-Offset so definiert werden, dass die Spin-D-Ätzstufe nur eine gewisse Menge an Material oberhalb der TSVs entfernt, ohne die TSVs freizulegen und eine Schicht aus restlichem Substratmaterial mit der Dicke zu hinterlassen, die durch den Atz-Offset an jeder der radialen Positionen angegeben ist. Dementsprechend kann die RST an verschiedenen Punkten über dem Wafer berechnet werden, und eine entsprechende Ätztiefe kann ebenfalls berechnet werden, um die Menge des durch den Spin-D-Ätzschritt zu entfernenden Materials auf der Grundlage der gemessenen Dicke, der TSV-Höhe und des Ätz-Offsets zu bestimmen. Im Folgenden sind beispielhafte Gleichungen zur Berechnung von RST und Ätztiefe an einer bestimmten radialen Stelle (x) dargestellt:

Wie vorstehend angemerkt, ist die Ätztiefe die gewünschte Menge an Wafermaterial, die von der Oberfläche an jeder der radialen Stellen in einem oder mehreren der nachfolgenden Ätzschritte entfernt werden soll. Dementsprechend kann die Ätztiefe für die verschiedenen radialen Stellen des Wafers als das Ätzprofil bezeichnet werden. Wie vorstehend angemerkt, kann das Verfahren zum Bestimmen der Ätztiefe und des Ätzprofils in Abhängigkeit von der Stufe des Ätzprozesses und dem Wafer-Zielprofil nach dem betreffenden Ätzschritt variieren. Beispielsweise kann, wie hierin weiter beschrieben, das Ätzprofil für den Etch-1-Schritt (z. B. das zweite Ätzprofil) basierend auf den Wafer-Dicken nach Spin-D und dem abschließenden Wafer-Zielprofil berechnet werden. Der zweite Ätzschritt kann daher als ein selektiver Schritt betrachtet werden, der verwendet wird, um den TSV auf die gewünschte Höhe freizulegen, im Gegensatz zum ersten Ätzschritt, der in erster Linie darauf gerichtet ist, die Überlagerung zu reduzieren und radial abhängige Ungleichmäßigkeiten in der Dicke zu minimieren (z. B. Ungleichmäßigkeiten in der Dicke zwischen verschiedenen radialen Positionen oder Ungleichmäßigkeiten der RST über den radialen Positionen), ohne die TSVs freizulegen. Wie bereits erwähnt, kann der Spin-D-Ätzschritt jedoch bei einigen Implementierungen einen Teil der TSVs offenlegen.

Fig. 9C zeigt einen Querschnitt eines Teils eines beispielhaften TSV-Wafers 960 nach dem Schleifen und vor dem Spin-D-Ätzprozess. Ebenfalls dargestellt ist die gewünschte Ätztiefe des Spin-D-Ätzschrittes sowie die gesamte/abschließende Ätztiefe 964 nach Beendigung des Prozesses (z. B. nach einem oder mehreren nachfolgenden Spin-D- oder Etch-1-Schritten). Entsprechend der Darstellung umfasst der Wafer eine Oberseite 966, eine Bodenfläche 968, die an einem Träger 970 durch eine Klebeschicht 972 angebracht ist, und TSVs 974, die über dem Wafer 960 beabstandet sind. Ebenfalls dargestellt ist die TSV-Höhe 963, die Offenlegungshöhe 965, die gemessene Dicke 967 und die Offenlegungs-Tiefe 969 für den Wafer. Wie bereits erwähnt, hinterlässt der Schleifprozess eine Überlagerungsschicht (z. B. Wafermaterial oberhalb der TSVs), die in der Dicke variieren kann (z. B. innerhalb von Schwankungen der Waferdicke, wie zum Beispiel folgenden: dicker am Rand, gleichmäßig über dem Wafer oder in der Mitte des Wafers dicker als am Rand). Entsprechend kann es einen Unterschied in der Höhe des Wafermaterials über den TSVs auf einer Wafer-Wafer-Basis geben (Wafer-Wafer-Dickenvariation). Diese Unterschiede in der Schicht über den TSVs können größer sein als die zulässige Höhendifferenz der exponierten TSVs. Zudem kann auch die Klebeschicht in Dicke und Gleichmäßigkeit variieren, wodurch äußere Messungen zur Bestimmung der Dicke und der

Gleichmäßigkeit des in dem oberen Siliziumwafer verbleibenden Materials über dem Ende des VIAs ineffektiv werden.

Der Prozessor71 Oder ein odermehrere Softwaremodule 730 ausführt, vorzugsweise einschließlich des Messmoduls 770, des Waferprofilmoduls 772 und des Benutzerschnittstellenmoduls 780, kann konfiguriert sein, um Informationen über die Wafermessungen und berechnete Dicken, die sich auf nachfolgende Ätzschritte beziehen, an einen Bediener/Benutzer über die Anzeige 740 in einer Vielzahl von grafischen Formaten auszugeben. Beispielsweise zeigt Fig. 9D ein Schaubild 975 der anfänglichen Waferdickenmessungen im Vergleich zum Waferprofil vor dem Spin-D-Bearbeitungsschritt. Entsprechend der Darstellung zeigt das Schaubild 970 den Mittenbereich 976; eine Linie, die der TSV-Höhe 977 entspricht; und eine Linie, die der Offenlegungs-Tiefe 978 entspricht (z. B. abschließende Offenlegungs-Tiefe); eine Linie, die der TSV-Höhe plus dem Ätzversatz 979 entspricht (z. B. die Ziel-Waferdicke an jeder radialen Stelle nach dem ersten Ätzschritt) und eine Linie, die der gemessenen Dicke 980 über dem Durchmesser des Wafers entspricht. Fig. 9E zeigt eine GUI mit der Anzeige der in Fig. 9D in einer Tabelle 981 dargestellten Information. Fig. 9F zeigt eine GUI, die eine grafische Darstellung der kreisförmigen Waferoberfläche 982 und der Messstellen 983 über einen Durchmesser des Wafers zeigt. Fig. 9G zeigt eine GUI mit der Darstellung eines Diagramms 985, das das Ätzprofil 986 (z. B. die Ätztiefe an jeder Messstelle) über dem Durchmesser des Wafers für die Spin-D-Ätzstufe darstellt.

Generell umfasst das Ätzprofil die Ätztiefe entsprechend der vorstehenden Bestimmung. Das Ätzprofil kann auch andere Änderungen definieren, die an dem jeweiligen Substrat vorgenommen werden müssen, um die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu erzielen, einschließlich, aber ohne diesbezügliche Einschränkung, der Oberflächengleichmäßigkeit. Dementsprechend ist das Ätzprofil eine Funktion der anwendungsabhängigen physikalischen Eigenschaften des bearbeiteten Wafers, als Beispiel und ohne diesbezügliche Einschränkung der gewünschten TSV-Offenlegungshöhe, der gewünschten Substratdicke, der Rauheit, sowie auch eine Funktion der tatsächlichen physikalischen Eigenschaften des jeweiligen Substrats einschließlich der VIA-Höhe und der Waferdicke. Wie beispielsweise in Fig. 9G gezeigt wird, ist die vorgesehene Ätztiefe für den Wafer während des Spin-D-Ätzschrittes an den Kanten des Wafers größer als in der Mitte. Dementsprechend ist ersichtlich, dass der Wafer als "randlastig" charakterisiert werden kann, da es oberhalb der TSV-Spitzen zu den Kanten des Wafers eine dickere Überlagerungsschicht als im mittleren Bereich des Wafers gibt.

Zusätzlich kann bei Schritt 870 der Prozessor 710, der ein oder mehrere Softwaremodule 730 ausführt, vorzugsweise einschließlich des Waferprofilmoduls 772 und des Ätzrezeptmoduls 774, die Prozesssteuerung 705 konfigurieren, um ein Ätzrezept für den Wafer zu erzeugen, der durch die Ätzvorrichtung 400 ausgeführt werden kann, um den Wafer um den durch die Ätztiefe an den jeweiligen radialen Stellen vorgegebenen Betrag zu ätzen und das Wafer-Zielprofil zu erhalten. Es ist ersichtlich, dass die tatsächliche Dicke an verschiedenen Positionen über der Oberfläche des Substrats als ein "Wafer-Profil" bezeichnet werden kann und dass dementsprechend die gewünschte Materialmenge an derartigen Positionen zum Erreichen des Wafer-Zielprofils üblicherweise als "Ätzprofil" bezeichnet wird.

Ein Ätzrezept besteht aus einer Vielzahl von Single-Wafer-Nassätz-Bearbeitungsparametern, die die radiale Position auf der Oberfläche des Wafers kontrollieren, wo Material entfernt wird, sowie die Materialmenge, die an solchen Positionen entfernt wird.

Eine Vielzahl von Parametern kann im Ätzrezept definiert und/oder angepasst werden, um die radiale Position auf der Oberfläche des Substrats zu steuern, wo das Ätzen konzentriert wird, und um die an dieser Stelle entfernte Materialmenge zu kontrollieren, einschließlich, aber ohne diesbezügliche Einschränkung, der radialen Position des Ätzwerkzeugs 430 (auch als Arm bezeichnet) und der Düse 435, die das chemische Ätzmittel auf das Substrat abgibt; des Pfads des Ätzwerkzeugs, der als Arm-Scan bezeichnet wird; der Geschwindigkeit, Beschleunigung, Verzögerung und Düsenhöhe des Arm-Scans. Es versteht sich, dass die Abgabe eines Ätzmittels auf ein Substrat an einer bestimmten radialen Position generell den Ätzprozess auf den betreffenden Radius des Substrats lokalisiert, und somit können die Position und die Bewegung von Arm und Düse über dem Wafer (z. B. "Arm Scan-Profil") die Ätzstelle steuern.

Die Arm-Scan-Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich der Arm und die Düse, die das chemische Ätzmittel abgeben, von einer Position auf dem Substrat zu einer anderen bewegen, und Beschleunigung und Verzögerung sind die Änderungsrate der Arm-Scan-Geschwindigkeit über einen bestimmten Zeitraum, und die Düsenhöhe ist der Abstand zwischen Düse und Substrat.

Die Parameter, die zur Steuerung der Ätzrate angepasst werden können (d. h. der Rate, mit der das Trägermaterial chemisch entfernt wird), umfassen, aber ohne diesbezügliche Einschränkung, das ausgewählte Ätzmittel, die die Drehgeschwindigkeit des Substrates, die Konzentration des chemischen Ätzmittels, die Temperatur des chemischen Ätzmittels und die Verweilzeit.

Die Drehgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der das Spannfutter 420 und das Substrat drehen, während chemisches Ätzmittel auf der Substratoberfläche aufgetragen wird. Die Konzentration des chemischen Ätzmittels ist die Konzentration von chemischem Ätzmittel, die verwendet wird, um die Oberfläche des Substrats chemisch zu entfernen. KOH (Kaliumhydroxid) ist ein beispielhaftes Ätzmittel, das normalerweise zum Ätzen von Silizium-TSV-Substraten verwendet wird wegen seiner Eigenschaft, Silizium gezielt zu ätzen, im Gegensatz zu leitfähigen Materialien (wie z. B. Kupfer) und Isolatoren (z. B. Siliziumoxid). Wie hierin beschrieben, kann die Auswahl des Ätzmittels im Hinblick auf die bestimmte Phase erfolgen, in der das Ätzmittel verwendet wird. Zum Beispiel wird das erste, in der SpinD-Phase eingesetzte Ätzmittel ausgewählt, um das vorgegebene Ziel der ersten Ätzphase zu erreichen, d. h., dass das erste Ätzmittel eine schnelle Ätzrate aufweist, um die Überlagerung zu entfernen, und dass es sich für lokalisiertes Ätzen eignet, um Ungleichgleichmäßigkeiten der radialen Dicke zu reduzieren. Das in der zweiten Phase verwendete zweite Ätzmittel wird ausgewählt, um das vorgegebene Ziel der zweiten Ätzphase zu erreichen, die eine TSV-Freilegungsphase ist. Das zweite Ätzen ätzt somit selektiv das Silizium, im Gegensatz zu Leitern und Isolatoren, und damit wird der TSV wie hierin beschrieben freigelegt. Weitere beispielhafte Ätzmittel werden im Folgenden beschrieben.

Die Verweilzeit ist die Zeitspanne, während der die Düse das Ätzmittel auf einen bestimmten radialen Teil des Substrats abgibt. Eine erhöhte Verweildauer an einer bestimmten radialen Position des Substrats bewirkt, dass das Substrat an der betreffenden radialen Position stärker geätzt wird. Die Verweilzeit kann durch Anpassen der Prozessparameter wie z. B. Arm-Scan-Geschwindigkeit, Beschleunigung des Arms (und/oder des Futters) und Drehgeschwindigkeit des Futters gesteuert werden. Insbesondere wird wegen der kreisförmigen Form des Substrates, das während des Ätzprozesses auf dem Futter dreht, im Vergleich zum Rand des Substrats weniger Zeit benötigt, um das erforderliche chemische Ätzmittel aufzutragen, um das Zentrum des Substrats zu ätzen, was sich auf die Armgeschwindigkeit auswirkt. Dementsprechend können die Zeit an einer bestimmten radialen Position wie auch die Geschwindigkeit und Beschleunigung/Verzögerung von einer radialen Position zu einer anderen angepasst werden, um die Zeitlänge zu variieren, während der das Ätzmittel an einer bestimmten radialen Position abgegeben wird.

Die Parameter, die eingestellt werden können, um die Gleichmäßigkeit des Ätzens zu steuern (z. B. die Gleichmäßigkeit über entsprechenden radialen Stellen geätzten Menge und die Dicke des daraus resultierenden Wafers), umfassen, aber ohne diesbezügliche Einschränkung, die Drehgeschwindigkeit des Wafers und die Verweilzeit des Arms, der auf den radialen Stellen des geätzten Wafers chemisches Ätzmittel ablagert. Bei einem Wafer, der beispielsweise "mittig leicht" (randlastig) ist, kann das Ätzprofil vorsehen, dass die Verweilzeit in Randnähe des Wafers erhöht wird, und/oder die Drehgeschwindigkeit kann gesenkt werden, um eine größere Ätztiefe am Rand zu erzielen. Unter Bezugnahme auf das beispielhafte Ätzprofil, das dargestellt ist in Fig. 9G, wird ein Ätzrezept erzeugt, sodass während des Spin-D-Ätzschritts selektiv an den Rändern des Wafers eine größere Menge abgeätzt wird als im Mittenbereich des Wafers, um die von der radialen Position abhängigen Ungleichgleichmäßigkeiten der Dicke auszugleichen und einen Wafer mit charakteristischer Ziel-Dicke zu erhalten (z. B. Ziel-RST für jede der radialen Positionen und vorgeschriebene Gleichmäßigkeit der Dicke).

Mit Verweis wiederum auf Fig. 8B und Schritt 870 kann bei ein oder mehreren Ausführungsformen das Erzeugen eines Ätzrezepts die Charakterisierung der Dickenvariation über dem Wafer umfassen, basierend auf den Dickenmessungen und dem Wafer-Profil, die sich aus dem nachfolgenden Ätzschritt ergeben. Wie vorstehend erwähnt, hinterlässt der Schleifprozess eine Schicht Wafermaterial oberhalb der TSVs, die an verschiedenen Positionen auf der Wafer-Oberfläche dicker sein kann. Dementsprechend kann der konfigurierte Prozessor basierend auf der im Wafer-Profil definierten Größe des Mittenbereichs und der kalkulierten RST über dem Wafer die radial definierten Positionen des Wafers identifizieren, an denen die Überlagerung dicker oder dünner ist, und er kann die radial abhängige Abweichung der Dicke über dem Wafer charakterisieren. Zum Beispiel kann die Dickenabweichung charakterisiert werden als "mittig schwer" (center heavy), gleichmäßig (uniform) oder "mittig leicht" (center light) oder "mittig leicht", d. h. randlastig ("edge heavy").

Darüber hinaus kann das Erzeugen des Ätzrezepts weiter das Berechnen der Ätzzeit für den Spin-D-Ätzprozess im Hinblick auf den Durchschnitt der RST über dem Wafer umfassen (z. B. Einsetzen der Wafer-Dicke) sowie das Berechnen der ersten Ätzrate (z. B. die Ätzrate für den Spin-D-Ätzprozess). Die folgende Gleichung ist ein Beispiel für die Berechnung der Spin-D-Ätzzeit:

SpinD EtchTime = averaaeiRSTfxh FirstEtchRate

Die Ätzrate kann vom Benutzer definiert werden, und sie kann auch als eine Funktion der Konzentration des chemischen Ätzmittels berechnet werden, das verwendet wird, um die Oberfläche des Wafers chemisch zu entfernen. Da die Konzentration des Ätzmittels mit der Bearbeitung von Wafern abnimmt, kann der konfigurierte Prozessor die berechnete Spin-D-Ätzzeit und die Anfangs-Ätzrate speichern, sodass die Ätzrate in regelmäßigen Abständen aktualisiert werden kann, wenn Wafer bearbeitet werden und die Konzentration abnimmt. Die folgende Gleichung ist ein Beispiel für die Berechnung der vorangegangenen Spin-D-Ätzzeit:

PreviousSpinDEtchTime = SpinDEtchTime

Weiter kann das Erzeugen des Ätzrezepts das Auswählen von einem oder mehreren aus einer Anzahl vorgesehener Ätzrezepte umfassen. Insbesondere kann das Ätzrezept auf der Grundlage der Eigenschaften der ermittelten radialen Dickenänderung ausgewählt werden. Zum Beispiel können vordefinierte Ätzrezepte im Speicher gespeichert werden, die definiert sind, um einen bestimmten Typ radialer Dickenschwankung des Wafers zu kompensieren. Beispielsweise können bestimmte Ätzrezepte geeignet sein zum Ätzen beispielsweise eines mittig schweren Wafers, während andere besser geeignet sind für gleichmäßige Wafer oder mittig leichte Wafer und dergleichen. Darüber hinaus kann das Ätzrezept auch ausgewählt oder definiert werden auf der Basis anderer Parameter, einschließlich, aber ohne diesbezügliche Einschränkung, der berechneten Ätzzeit und der definierten Ätzrate. Beispielsweise kann ein bestimmtes Ätzrezept zum Bearbeiten eines Wafers vordefiniert sein, der z. B. mittig schwer ist, und eine vorgegebene berechnete Ätzzeit oder einen Bereich von Ätzzeiten umfassen.

Bei einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Prozesssteuerung ein individuelles Ätzrezept für den Wafer auf der Basis des betreffenden Ätzprofils berechnen. Um ein individuelles Ätzrezept zu erzeugen, kann der Prozessor, der ein oder mehrere Softwaremodule 730 ausführt, vorzugsweise einschließlich des Ätzrezeptmoduls 778, die Prozesssteuerung 705 konfigurieren, um einen oder mehrere der vorstehend genannten Parameter zu definieren, die die Ätzposition, die Ätzrate, die Verweilzeit und dergleichen steuern, um ein Ätzrezept zu erzeugen, das selektiv die Überlagerung über den radialen Positionen auf der Oberfläche des betreffenden Substrats ätzt, um die gewünschte Ätztiefe an jeder radialen Stelle und an Zwischenpositionen zu erzielen. Insbesondere kann basierend auf dem Ätzprofil, das die radialen Positionen und entsprechende Materialmengen, die an diesen radialen Positionen abgeätzt werden sollen, identifiziert, ein Arm-Scan-Profil erzeugt werden, das definiert, wie sich der Arm über jede der radialen Positionen bewegen soll, und damit die Ätzmittelmenge steuert, die an diesen radialen Positionen (und Zwischenpositionen) abgegeben wird.

Wie bereits erwähnt, umfassen die Parameter, die angepasst werden können, um die Ätzgleichmäßigkeit zu steuern (d. h. die Gleichmäßigkeit des Ätzens und damit die Dicke des daraus entstehenden Wafers), ohne diesbezügliche Einschränkung die Armbewegung, die Drehgeschwindigkeit des Wafers und die Verweilzeit des Arms, der chemisches Ätzmittel an den radialen Positionen des Wafers ablagert. Bei einem Wafer, der beispielsweise randlastig ist, kann das Ätzprofil vorsehen, dass die Verweilzeit in Randnähe des Wafers erhöht wird, und/oder die Drehgeschwindigkeit kann gesenkt werden, um eine größere Ätztiefe am Rand zu erzielen.

Es versteht sich, dass die Parameter als Funktion der Armposition oder anderer Variablen definiert werden können und dass sie daher während des Verlaufs des Ätzprozesses variiert werden können. Beispielsweise kann das Ätzrezept in einem Substrat mit einer radialen Dicke, die beispielsweise um eine bestimmte radiale Position stark ist, vorsehen, dass die Verweildauer an der betreffenden Position erhöht wird, indem die Geschwindigkeit reduziert wird, mit der sich der Arm über die betreffende Position bewegt, um eine größere Ätztiefe zu erreichen.

Zusätzlich kann das individuell angepasste Ätzrezept eine Ätzzeit einschließen. Die Ätzdauer ist die Zeitdauer, in der der Ätzprozess auf dem jeweiligen Substrat durchgeführt wird, und sie kann variiert werden, um die Materialmenge zu steuern, die während des Ätzprozesses entfernt wird. Je länger ein gegebenes Ätzrezept auf einem Substrat ausgeführt wird, desto mehr Substrat wird entfernt, und somit wird die Gesamtdicke reduziert.

Dementsprechend kann das benutzerdefinierte Ätzrezept erzeugt werden, indem ein Arm-Scan-Profil erzeugt wird. Insbesondere kann der konfigurierte Prozessor unter Verwendung der Dickenmessungen und der entsprechenden radialen Positionen Einstellpunkte entlang eines Pfads setzen, an denen das Passieren des Arms programmiert wird. Zusätzlich kann auf der Grundlage der Ätztiefe für jede der radialen Stellen der konfigurierte Prozessor auch die Geschwindigkeit des Arms definieren, wenn er sich über jeden Punkt und zwischen den Punkten bewegt, um so genau die Materialmenge zu steuern, die an jeder der radialen Positionen geätzt wird. Es ist auch ersichtlich, dass das Ätzrezept einschließlich des Arm-Scan-Profils auch andere Parameter definieren kann, um die Ätzrate für jeden Punkt/jede radiale Position anzupassen, wie beispielsweise Drehgeschwindigkeit, Konzentration, Beschleunigung/Verzögerung und dergleichen, wie vorstehend erörtert.

Anschließend kann bei Schritt 875 der Prozessor 710, der durch Ausführen eines oder mehrerer Softwaremodule 730 konfiguriert wird, vorzugsweise einschließlich des Ätzprozessmoduls 776, bewirken, dass die Ätzvorrichtung 400 den Wafer gemäß dem erzeugten Ätzrezept und für die berechnete Ätzzeit Spin-D EtchTime ätzt.

Nachdem der Wafer während des Spin-D-Ätzschritts bearbeitet worden ist, können die

Schritte 855-875 für einen oder mehrere nachfolgende Ätzschritte wiederholt werden, die hier als Etch-1 bezeichnet werden. Vorzugsweise ist der Etch-1 -Schritt der abschließende Ätzschritt, der die TSVs auf die gewünschte Offenlegungshöhe/-Tiefe freilegt, jedoch bei einigen Implementierungen vor dem Ausführen des Etch-1-Ätzschritts; zusätzliche Spin-D-Ätzschritte können durchgeführt werden, bis ein Wafer mit den gewünschten physikalischen Eigenschaften erreicht ist.

Insbesondere kann der Wafer in den Scanner geladen und vor dem Etch-1-Schritt neu gemessen werden, beispielsweise in ähnlicher Weise wie bei den Schritten 855-860. Zusätzlich kann der Prozessor 710, der durch Ausführen eines oder mehrerer Softwaremodule 730, vorzugsweise einschließlich des Messmoduls 770, konfiguriert wird, die Dicke PostSpinDThickness bestimmen. Die PostSpinDThickness kann die durchschnittliche radiale Dicke des Wafers (MeasuredThickness) an verschiedenen radialen Stellen des Wafers sein.

Der Prozessor 710, der ein oder mehrere Softwaremodule 730 ausführt, vorzugsweise einschließlich des Messmoduls 770, des Waferprofilmoduls 772, des Ätzrezeptmoduls 774, kann die gemessene Dicke im Hinblick auf die Spin-D-Prozessparameter analysieren, um das Spin-D-Ätzrezept für nachfolgende Wafer anzupassen. Insbesondere kann der konfigurierte Prozessor die Dicke des Wafers nach Bearbeitung mit dem implementierten Ätzprofil vergleichen, um zu bestimmen, ob das Ätzrezept, das durch die Ätzvorrichtung ausgeführt wird, die gewünschte Wafermenge an den gewünschten Stellen erfolgreich geätzt hat und zu einem bearbeiteten Wafer führt, der die gewünschten physikalischen Eigenschaften aufweist, einschließlich Gleichmäßigkeit der Dicke. Dementsprechend kann die Rückmeldung vom konfigurierten Prozessor verwendet werden, um das Ätzrezept anzupassen, um nachfolgende Wafer effektiver zu ätzen. Wie vorstehend erwähnt, kann die Prozesssteuerung in Abhängigkeit von der vorangegangenen Spin-D-Ätzrate und der geätzten Materialmenge Parameter anpassen, um eine bekannte oder konsistente Ätzumgebung aufrechtzuerhalten, wie z. B. die Konzentration des chemischen Ätzmittels neu berechnen und/oder wiederherstellen und die Temperatur des chemischen Ätzmittels anpassen, wie für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich. Die folgende Gleichung ist ein Beispiel der Neuberechnung der Ätzrate auf der Grundlage der ersten Ätzrate, der Änderung der Waferdicke und der Ätzzeit des Spin-D-Ätzprozesses:

FirstEtchRate = (0,9 * FirstEtchRate) + 0,1

BeainninaWaferThickness - PostSpinDThickness PreviousSpinDEtchTime

Der Prozessor 710, der ein oder mehrere Softwaremodule 730 ausführt, vorzugsweise einschließlich des Messmoduls 770, des Waferprofilmoduls 772, eines Ätzrezeptmoduls 774, des Ätzrezeptmoduls 774 [sic], kann auch die gemessene Dicke im Hinblick auf das Wafer-Zielprofil für den Etch-1-Prozess analysieren (z. B. abschließendes Wafer-Profil), um das Ätzrezept für den nachfolgenden Etch-1-Prozess zu definieren. Beispielsweise kann der konfigurierte Prozessor ähnlich dem in Bezug auf Schritt 865 und 870 beschriebenen Prozess die Ätztiefe für den Etch-1 -Prozess basierend auf der gemessenen Dicke PostSpinDThickness und der im Waferprofil definierten Offenlegungshöhe für jede der radialen Positionen des Wafers berechnen. Die folgende Gleichung ist ein Beispiel für die Berechnung der Ätztiefe:

EtchDepth [x] = Measured [x] - RevealHeight [x]

Wie vorstehend erwähnt, kann bei einigen Implementierungen der Spin-D-Ätzschritt durchgeführt werden, um einen bearbeiteten Wafer herzustellen, der eine Schutzschicht aus Substratmaterial einschließt, die über der Oberseite der TSVs verbleibt, wie hierin beschrieben in Bezug auf Fig. 91. Alternativ dazu kann der Spin-D-Ätzschritt jedoch so konfiguriert werden, dass er die TSVs teilweise freilegt. Fig. 9H zeigt einen Querschnitt eines Teils eines beispielhaften Wafers 990 nach Spin-D vor dem Etch-1-Ätzschritt, sowie teilweise freigelegte TSVs 995, die gemessene Dicke des Wafers 991, die Offenlegungshöhe 993, die VIA-Höhe 994, die Ätztiefe 992 für den Etch-1-Ätzschritt und die gewünschte Waferdicke nach der Etch-1-Ätzung (z. B. Offenlegungs-Tiefe 996).

Der Prozessor 710, der ein oder mehrere Softwaremodule 730 ausführt, vorzugsweise einschließlich des Messmoduls 770, des Waferprofilmoduls 772 und des Benutzerschnittstellenmoduls 780, kann so konfiguriert sein, dass er Informationen über die Wafermessungen und berechnete Dicken, die sich auf die nachfolgenden Etch-1-Ätzschritte beziehen, über die Anzeige 740 in einer Vielzahl von grafischen Formaten an einen Bediener/Benutzer ausgibt. Beispielsweise zeigt Fig. 91 eine GUI mit einem Schaubild 1000 der Waferdickenmessungen entlang eines Radius des Wafers im Vergleich zum Waferprofil vor dem Etch-1-Bearbeitungsschritt. Entsprechend der Darstellung zeigt das Schaubild den Mittenbereich 1006, eine Linie, die der TSV-Höhe 1007 entspricht, und eine Linie, die der Offenlegungs-Tiefe 1008 entspricht (z. B. abschließende Wafer-Zielprofil), eine Linie, die der TSV-Höhe plus dem Ätz-Offset 1009 entspricht (z. B. das erste, durch das Spin-D-Ätzen zu erzeugende Wafer-Zielprofil) und eine Linie, die der gemessenen Dicke 1005 über dem Radius des Wafers entspricht (z. B. die tatsächliche/lst-Dicke nach dem Spin-D-Ätzen).

Zusätzlich kann, wie in Bezug auf Schritt 870 beschrieben, der konfigurierte Prozessor die Ätzzeit spezifisch für den Etch-1-Prozess basierend auf der gemessenen Dicke PostSpinDThickness und der im Waferprofil definierten Offenlegungshöhe berechnen. Die folgende Gleichung ist ein Beispiel für die Berechnung der Etch-1-Ätzzeit:

EtchlEtchTime = averaaefEtchDepthfxh SecondEtchRate

Zusätzlich kann der konfigurierte Prozessor das geeignete Ätzrezept auswählen, basierend darauf, ob die Waferdickenmessungen angeben, dass der Wafer randlastig (d. h. mittig leicht), mittig schwer (d. h. am Rand leicht) oder gleichförmig ist, wie in Bezug auf Schritt 870 beschrieben. Der konfigurierte Prozessor kann auch die vorangegangene Etch-1-Ätzzeit speichern, mit verwendet werden kann, um die zweite Ätzrate nach dem Etch-1-Ätzprozess anzupassen. Die folgende

Gleichung ist ein Beispiel für die Berechnung der vorangegangenen Etch-1 -Ätzzeit: PreviousEtchlEtchTime = EtchlEtchTime

Es ist ebenfalls ersichtlich, dass der konfigurierte Prozessor entsprechend der Beschreibung in Bezug auf Schritt 870 ein angepasstes Ätzrezept erzeugen kann, das ein Arm-Scan-Profil umfasst, das entsprechend der Messung und in Hinblick auf das abschließende Wafer-Zielprofil speziell auf den Wafer abgestimmt ist.

Anschließend kann bei Schritt 880 der Prozessor 710, der ein oder mehrere Softwaremodule 730 ausführt, vorzugsweise einschließlich des Ätzrezeptmoduls 778, die Prozesssteuerung 705 konfigurieren, um zu bewirken, dass die Ätzvorrichtung 400 den Wafer gemäß dem zuvor ausgewählten Ätzrezept und der berechneten Ätzzeit ätzt.

Nachdem der Wafer im Etch-1-Ätzschritt bearbeitet worden ist, können in Schritt 885 die Messschritte 855-865 wiederholt werden, um zu bestätigen, dass der Etch-1-Prozess das abschließende Wafer-Zielprofil erreicht hat. Insbesondere können die Schritte nach Etch-1 Folgendes umfassen: Positionieren des Wafers unter dem Isis-Scanner; Einstellen des Wafer-Messtyps auf "Final"; Messen der Waferdicke für die abschließende Analyse; Bestimmen der Dicke PostEtchlThickness, die der Durchschnitt der gemessenen Dicke ist; Einstellen der zweiten Ätzrate, z. B. entsprechend der folgenden Gleichung:

SecondEtchRate = (0,9 * SecondEtchRate)+0,1*((PostSpinDThickness -PostEtch1Thickness)/PreviousEtch1EtchTime).

Zusätzlich kann die Analyse der Dickenmessungen nach Etch-1 die Validierung der Dicke des Wafers umfassen, um zu bestimmen, ob alle TSVs freigelegt worden sind; und um festzustellen, dass die Waferbearbeitung abgeschlossen ist, wenn der Wafer alle vorgeschriebenen Kriterien erfüllt, wie z. B. die Offenlegungs-Tiefe, die Freilegungstoleranz, die Toleranz der gleichmäßigen Dicke und dergleichen. Nachdem ein Wafer vollständig ist, kann der Prozess für nachfolgende Wafer wiederholt werden. Wenn jedoch der Wafer ein zusätzliches Ätzen erfordert, kann das System die Schritte des Berechnens der Ätztiefe und des Ätzprofils wiederholen, und der Etch-1-Ätzprozess kann erneut durchgeführt werden, bis der Wafer fertiggestellt ist.

Dementsprechend ist ersichtlich, dass der konfigurierte Prozessor durch den Vergleich der Dickeninformation nach Bearbeitung mit der Dickeninformation vor Bearbeitung bei jeder Stufe des Ätzprozesses im Hinblick auf die gewünschten Ergebnisse des jeweiligen Ätzschrittes bestimmen kann, ob das durch die Ätzvorrichtung ausgeführte Ätzrezept erfolgreich die gewünschte Menge an Wafer an den gewünschten Stellen geätzt hat und bearbeiteten Wafer ergibt, der die gewünschten physikalischen Eigenschaften aufweist, einschließlich der Gleichmäßigkeit der Dicke. Basierend auf dem Vergleich kann der konfigurierte Prozessor das Ätzrezept für den nachfolgenden Ätzschritt anpassen, um etwaige Mängel im vorangegangenen Ätzschritt zu kompensieren. Darüber hinaus kann der konfigurierte Prozessor, wie vorstehend erwähnt, die während des Prozesses 850 erfolgten Dickenmessungen analysieren und die Waferprofilparameter einstellen und Rezepte für nachfolgende Wafer anpassen, die bearbeitet werden. Beispielsweise kann der konfigurierte Prozessor die erste und die zweite Ätzrate wie weiter oben erwähnt einstellen. Zusätzlich können Informationen über die tatsächliche Höhe der TSVs in das Waferprofil eingegeben werden. Zusätzlich können vorzugsweise die ersten und/oder zweiten Ätzrezepte zur Bearbeitung der nachfolgenden Wafer auf der Grundlage der tatsächlichen Ergebnisse aus der Bearbeitung der vorangegangenen Wafer angepasst werden. Insbesondere kann der konfigurierte Prozessor die Dickenmessungen nach dem Ätzen mit den Dickenmessungen vor dem Ätzen und den entsprechenden Waferprofilen vergleichen, um zu bestimmen, ob das Ätzrezept, das durch die Ätzvorrichtung ausgeführt wird, die gewünschte Wafermenge an den gewünschten Stellen erfolgreich geätzt hat und zu einem bearbeiteten Wafer führt, der die gewünschten physikalischen Eigenschaften aufweist, einschließlich Gleichmäßigkeit der Dicke. Für den Fall, dass die jeweiligen Ätzschritte nicht erfolgreich waren, kann die Prozesssteuerung die Ätzrezepte für nachfolgende Wafer anpassen.

Obwohl der in Bezug auf Schritt 870-880 beschriebene Prozess Schritte zum Erzeugen des Ätzrezepts umfasst, die spezifisch für den Etch-1-Ätzschritt auf der Grundlage der gemessenen Dicke PostSpinDThickness eines Wafers und für die eventuelle Einhaltung der Zielparameter des Wafers nach Spin-D sind, ist ersichtlich, dass die Schritte zum Berechnen eines Spin-D-Ätzrezepts und zum Ätzen des Wafers im Spin-D-Ätzschritt wiederholt werden können, bis das erste Wafer-Zielprofil in einem vorgeschriebenen Ausmaß erfüllt ist. Zum Beispiel kann ein Wafer mit einer Deckschicht mit der vorgesehenen Oberflächenrauheit und RST erreicht werden durch einen oder mehrere spezifisch angepasste Spin-D-Ätzschritte. Infolgedessen kann das Etch-1-Ätzrezept einheitlicher von Wafer zu Wafer angewandt und implementiert werden, um Wafer herzustellen, die das abschließende Wafer-Zielprofil mit minimalen Anpassungen an das Ätzrezept erfüllen.

Dementsprechend stellt das System 100, das den Prozessablauf 800 und 850 ausführt, eine vollständig automatisierte produktionsfähige Lösung bereit: Eingesetzt werden eine spezielle Echtzeit-Metrologie für jeden Ätzschritt; Ätzrezepte, die basierend auf den bereits auf dem Wafer ausgeführten Ätzschritten und/oder basierend auf zuvor geätzten Wafern spezifisch angepasst sind; und die Wafer werden unter Verwendung einer Single-Wafer-Nassätzvorrichtung geätzt. Dadurch kann das System eine präzise Ätztiefe und Gleichmäßigkeit der Dicke erreichen und generell Wafer besserer Wafer produzieren, Abfälle minimieren und die Vorteile im Zusammenhang mit einem Single-Wafer-Nassätzprozess umsetzen.

Wie vorstehend erwähnt, werden die Messschritte und Ätzschritte alle ausgeführt als Teil eines integrierten Systems, definiert durch Zusatzeinrichtungen, die in einem einheitlichen Gehäuse angeordnet sind.

An dieser Stelle ist anzumerken, dass, obwohl ein Großteil der vorstehenden Beschreibung auf ein System zur Durchführung eines Nassätzprozesses und Verfahren zum Nass ätzen von Wafern zum Freilegen von TSVs gerichtet ist, die hierin offenbarten Systeme und Verfahren in ähnlicher Weise in Szenarien, Situationen und Bedingungen eingesetzt und/oder implementiert werden können, die weit über den Rahmen der angegebenen Szenarien hinausgehen. Es ist unmittelbar ersichtlich, dass das System für die Durchführung eines Nassätzprozesses effektiv in praktisch jedem Szenario eingesetzt werden kann, in dem ein Wafer in einer oder mehreren Single-Wafer-Nassätzstationen auf ein Wafer-Zielprofil geätzt werden soll (z. B. eine gewünschte Oberflächenrauheit, Gleichmäßigkeit der Dicke, Offenlegungshöhe und Gesamtdicke und dergleichen).

Es ist ebenfalls leicht ersichtlich, dass ein oder mehrere der in Bezug auf den Schritt zum Erzeugen eines Ätzrezepts beschrieben Schritte, die Wafer-Profile und Arm-Scan-Profile und dergleichen abändern, nicht auf Nassätzprozesse beschränkt sind. Insbesondere kann das Erzeugen eines Arm-Scan-Profils entsprechend der vorstehenden Beschreibung in praktisch jedem Szenario implementiert werden, wobei es wünschenswert ist, einen individuell angepassten Bewegungspfad für einen Arm in einer Bearbeitungsumgebung anzulegen. Zum Beispiel kann ein Arm-Scan-Profil auf im Wesentlichen gleiche Weise wie oben beschrieben erzeugt und auf Wafer-Reinigungsanwendungen angewandt werden, wobei das Arm-Scan-Profil die Angabe von Reinigungslösung auf einen Wafer steuert. Die gemeinschaftlich eingereichte US- Patentanmeldung Nr. 62/073727, die zuvor durch Verweis hierin übernommen wurde, offenbart die Erzeugung von Arm-Scan-Profilen, und die dort enthaltenen Lehren können mit den vorliegenden Lehren implementiert werden.

Die folgenden Beispiele sind Ausführungen der Implementierung des beschriebenen Prozesses; es ist jedoch ersichtlich, dass diese Beispiele die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken.

Beispiele

Mobilitäts- und Leistungsanforderungen der Endanwender von Halbleiter haben die Halbleiter-Gerätegeometrie zu ständig kleineren Dimensionen geführt. Der gleiche Druck führte auch zu vielen Innovationen seitens der Branche des Halbleiter-Packagings. Eine dieser Innovationen ist die 3D-Packaging-Technologie der Silizium-Durchkontaktierungen (TSV - Through Silicon Via). Silizium-Kontaktieren ist beim 3D-Packaging zur Schlüssel-Leittechnologie geworden, wobei die Verbindungslänge zum Erhöhen der Gerätegeschwindigkeit reduziert wird und wobei die Verbindungsdichte erhöht wird, um den Formfaktor des Pakets zu reduzieren. Es gibt drei unterschiedliche Integrationsschemata mit dem TSV-Prozess: VIA-Anfang, VIA-Mitte und VIA-Ende. Der VIA-Anfang-Prozess bildet den TSV im Substrat-Silizium vor dem Front-End-Prozess. Der VIA-Mitte-Prozess bildet den TSV bei den Frond-End- oder Verbindungs-Schritten mit dem regulären Wafer-Prozess-Ablauf. Der VIA-Ende-Prozess erstellt den TSV von der Wafer-Rückseite aus nach dem Abschluss der BEOL-Verarbeitung. In VIA-Anfang- und VIA-Mitte-Integrationsabläufen müssen Si-Wafer von hinten ausgedünnt werden, um die Cu-TSVs freizulegen, damit der Wafer einen anderen Wafer oder Chips kontaktieren kann. In der Regel erfolgt dieses Ausdünnen durch Schleifen der Rückseite des Wafers, chemisch-mechanisches Polieren (CMP) zum Entfernen des Schadens unter der Oberfläche und zur Beseitigung von Belastungen im Wafer, und durch anschließendes Ätzen mit einem Plasma- oder Nassätzprozess zum Freilegen der Cu-TSVs. Die CMP-Prozess bezieht die Verwendung von kostspieligen Schlämmen und kritischen Schritten nach der Reinigung ein, um die Schlammpartikel und andere eingeführte Schadstoffe zu beseitigen. Trockenätzprozesse erfordern üblicherweise kostspielige Ausrüstungen und Ätzgase. Andererseits wurden Nasschemikalien wie KOH und TMAH als kosteneffektive Nassätz-Alternativen zum Plasma-Ätzen zum Freilegen des TSV verwendet. Während KOH ein geeignetes Ätzmittel ist, fügt das KOH während des KOH-Ätzprozesses eine Metallionen-(K+)-Verunreinigung auf Wafer-Oberflächen hinzu. Normalerweise ist nach dem KOH-Ätzen ein Reinigungsprozess erforderlich, um das restliche K+ zu entfernen, und zwar insbesondere, wenn KOH zum Freilegen von TSVs verwendet wird. Der zusätzliche Reinigungsprozess reduziert den Werkzeug-Durchsatz und ist in der Massenproduktion daher nicht erwünscht. Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) wurde verwendet, um KOH in der TSV-Freilegungs-Nassbearbeitung zu ersetzen, um eine Metallverunreinigung zu eliminieren. TMAH ist jedoch toxisch. Einige Halbleiter-Hersteller versuchen, es möglichst zu vermeiden. Andere Ätzmittel zur TSV-Offenlegung sind handelsüblich erhältlich und geeignet für den Einsatz mit der vorliegenden Erfindung, einschließlich Ätzmittels zur TSV-Freilegung, das unter dem Handelsnamen SMC6-42-1 von SACHEM erhältlich ist; dieses Ätzmittel enthält kein TMAH oder metallhaltiges (anorganisches) Hydroxid. Wie vorstehend erwähnt, ist bei der Durchführung eines Freilegungsätzens das Ätzmittel vorzugsweise selektiv zum Ätzen des Wafermaterials (z. B. Silizium) und nicht des Materials, das die TSVs bildet und ohne diesbezügliche Einschränkung ein leitfähiges Material (z. B. Kupfer) und ein Oxid-Liner um das leitfähige Material. Wie weiter hierin beschrieben ist, schließen geeignete anisotrope Freilegungs-Ätzmittel stark alkalische Ätzmittel ein.

Coupon-Tests

Coupons von ca. 20 x 20 mm, hergestellt aus P-Typ einkristallinem Si-Wafer mit [100]-Orientierung wurden bei allen Labortests verwendet. Ein Coupon wurde vorgemessen auf Oberfläche, vorbehandelt mit 2 % HF zum Entfernen von nativem Oxid und vorgewogen. Der Coupon wurde anschließend über einen angegebenen Zeitraum in einem PTFE-Becher in eine Ätzlösung getaucht. Die Temperatur war für alle Tests auf 75 °C geregelt, sofern nicht anderes angegeben ist. Nach dem angegebenen Ätzzeitraum wurde der Coupon aus dem Ätzmittel entnommen und sofort mit Dl-Wasser und anschließend IPA gespült. Der Coupon wurde anschließend unter Verwendung von N2 getrocknet und gewogen, um die Gesamt-Ätzmenge und Ätzrate zu berechnen.

Wafer-Tests

Schleif-Wafer und Si-Test-Wafer (alle 300 mm) wurden auf einem handelsüblichen SSEC 3300MF Single-Wafer-Bearbeitungs-Tool geätzt. Prozess- und Ausrüstungs-Parameter wurden aufgestellt für optimale Ätzrate, Oberflächenrauheit und Oberflächenfehler. Die Ätzmenge wurde bestimmt unter Verwendung eines ISIS StraDex f2-300 IR-Sensors durch Messen der Waferdicke vor und nach dem Ätzen. Die Rauheit der Oberfläche wurde gemessen unter Verwendung eines KFA PI6 Oberflächen-Profilometers und überprüft mit einem Veeco Icon AFM. Oberflächenfehler und Bedingungen wurden überprüft mit einem Hitachi S-3700N SEM. Abschließend wurden Produktions-TSV-Wafer unter optimierten chemischen und Ausrüstungsbedingungen bearbeitet, die anhand von Test-Wafern bestimmt wurden.

Resultate und Diskussion Ätzraten und Selektivitäten Füreinen erfolgreichen Nassprozess ist eine hohe Silizium-Ätzrate vorzuziehen, da sie den Durchsatz bestimmt und damit einen der Schlüssel-Kostenfaktoren im Prozess. Tabelle 1 vergleicht die Ätzraten für [100] Si-Wafer, thermisches Oxid (Tox) und Cu (gesputterten Film) aus beispielhaften Bechertests. Hydroxid-Ionen, [OH-], gelten als dominierende aktive Silizium-Ätz-Spezies in stark basischen Lösungen durch die folgende generelle Silizium-Ätzreaktion Sl+20H-+2H2OSi(0H)2022-+2H2

Die [OH-]-Konzentration wurde auf dem gleichen Niveau gehalten (< 2M). Die Temperatur wurde bei 75-80 °C gehalten. Wie aus die Tabelle hervorgeht, ist die SMC6-42-1 Ätzrate ca. 2 X und 4 X schneller als TMAH bzw. KOH bei der gleichen molaren Konzentration. Es ist anzumerken, dass Si (100) durch KOH bei höheren Konzentrationen, wie z. B. 2,2-3,6 M (12,520 %), schneller geätzt wird. Während des Freilegungs-Ätzens ätzt das Ätzmittel nicht signifikant die Oxid-Liner, die verkupferte TSVs von der Siliziummasse im TSV isolieren. Diese Anforderungen sind der Hauptgrund, dass die Industrie stark basische Ätzmittel sauren Ätzmitteln basierend auf HF, z. B. HF/HN03, vorzieht.

Die Daten aus Tabelle 1 suggerieren, dass SMC6-42-1 etwa die gleiche Tox-Ätzrate aufweist wie TMAH und KOH, aber 2 x höhere Selektivität durch eine hohe Si-Ätzrate. Cu-Ätzraten unter diesen Ätzmitteln sind vergleichbar und auf einem niedrigen Niveau von 1 nm/min. Unter normalen Bedingungen werden Cu-TSVs beim Offenlegungs-Ätzen nicht freigelegt, da die TSVs mit Oxid bedeckt sind. Die Cu-Ätzrate ist daher nicht so kritisch wie die Oxid-Ätzrate.

Tabelle 1. Vergleich von Si-, Tox- und Cu-Ätzraten in Becher-Tests

Mit den vielversprechenden Becher-Testergebnissen wurde das neue Si-Ätzmittel unter Verwendung eines SSEC-Single-Wafer-Prozessors an regulären Test-Wafern und Schleif-Wafern getestet. Die Schleif-Wafer wurden mittels Strasbaugh mit den gleichen Schleif Parametern wie bei reellen TSV-Geräte-Wafern ausgedünnt. Daher sind die Oberflächenrauheit, Welligkeit, Textur und Dickenschwankungen die gleichen, die bei TSV-Wafern auftreten würden. Tabelle 2 fasst die im SSEC-Single-Wafer-Tool erzeugten Ätzdaten zusammen.

Tabelle 2. Schleif-Wafer Ätzrate (ER) mit einem handelsüblichen SSEC-Single-Wafer-

Tool

Die Daten in Tabelle 2 zeigen an, dass das SMC6-42-1 Si signifikant stärker ätzt als TMAH und KOH bei den getesteten Bedingungen. Es ist besonders interessant, dass die höhere Siliziumätzrate von SMC6-42-1 mit nur 1/3 bzw. 1/4 der TMAH- und KOH-Molkonzentrationen erreicht wurde.

SignifikanteER-Differenzen wurdenbeobachtetzwischen SMC6-42-1 im kommerziellen Tool und in einem Becher-Test. Dies ist vermutlich auf den Temperaturabfall der Ätzlösung zurückzuführen, wenn sie sich auf einem dünnen Film auf der Waferoberfläche ausbreitet. Bei einem Laboraufbau wird ein kleiner Coupon in eine relativ große Menge an Lösung, die bei konstanter Temperatur gehalten wird, eingetaucht.

Oberflächenrauheit

Die Oberflächenrauheit beeinflusst die Filmablagerung nach dem TSV-Offenlegungsprozess und wird vorzugsweise in der Großserienproduktion getestet und streng kontrolliert. Daher wurde die Oberflächenrauheit (vor und nach dem Ätzprozess) für alle Wafer gemessen, die auf dem handelsüblichen SSEC-Single-Wafer-Prozessor mit einem AFM und/oder einem Profilometer getestet wurden. Fig. 10 zeigt die Oberfläche eines TSV-Wafers nach dem Schleifen und nach dem SMC6-42-1-Ätzen (AFM-Bilder von TSV-Waferoberflächen nach Schleifen (links) und nach 10-pm-Ätzen (rechts)).

Wie in den vorstehenden Bildern gezeigt, erscheinen TSV-Wafer nach Schleifen grob, mit sichtbaren Schleifspuren mit einer maximalen Peakhöhe von bis zu 50 nm. Nach 10 pm chemischem Ätzen liegt der maximale Peak unterhalb des nm-Bereichs. Der größte Teil dieser Rauheit wird durch das chemische Ätzen entfernt. Hierbei war der chemische Ätzprozess ein zweistufiger Ansatz. Zunächst wurde der Wafer unter Verwendung von HF/HN03 geätzt, das Silizium isotrop bei einer sehr schnellen Ätzrate von bis zu 10 pm/min in Abhängigkeit von der Menge des zu entfernenden Siliziums ätzt. Die HF-basierte Chemikalie kann nicht verwendet werden, um den TSV freizulegen, weil sie den Si02-Liner und das Cu in den TSVs ätzen würde. Das isotrope Ätzen wird verwendet, um schnell die während des Schleifprozesses entstandenen Peaks und Täler zu glätten. Ein anisotropes Ätzmittel wird vorzugsweise verwendet, um das Ätzen des restlichen Siliziums zu beenden, um den TSV freizulegen. Wie bereits bekannt, hinterlässt anisotropes Ätzen gut definierte Pyramiden und Pits auf monokristallinen Siliziumoberflächen. SMC6-42-1 ist speziell formuliert, um Pit- und Pyramidenbildung zu verhindern. Wie vorstehend erwähnt, ist es jedoch ersichtlich, dass die obigen Ätzmittel nur beispielhaft sind und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken, der weitgehend in dem hierin beschriebenen Verfahren ausgeführt ist.

Zwei nasschemische TSV-Freilegungsschemata wurden mit der speziellen Formulierung von SMC6-42-1 getestet. Zunächst wurden Wafer geschliffen und anschließend CMP-poliert und unter Verwendung von SMC6-42-1 geätzt. Anschließend wurden die Wafer geschliffen und dann unter Verwendung von HF/HN03 (isotrop) geätzt, gefolgt vom anisotropen chemischen Ätzprozess unter Verwendung von SMC6-42-1. Sowohl das isotrope als auch das anisotrope Ätzen wurden im SSEC-Single-Wafer-Tool durchgeführt. Die Rauheit der Wafer-Oberfläche vor und nach dem Ätzen wurde mit einem Profilometer gemessen und in der folgenden Tabelle wiedergegeben. Wie die Daten belegten, erhöhte das chemische Ätzen für den Schleif-/CMP-/Ätzprozess die Rauheit der Wafer-Oberfläche (Ra) von etwa 15 A auf etwa 23 A. Für den Schleif-/Ätzprozess verringerte jedoch der chemische Ätzprozess die Rauheit der Wafer-Oberfläche von etwa 75 A auf 22 A und damit den gleichen Wert, der aus dem Schleif-CMP-Ätzprozess erhalten wurde.

Wafer # Prozess Ra Vor (A) Ra Nach (A) 1 Sch leifen/C M P/Ätzen 19 23,55 2 Schleifen/CMP/Ätzen 12,5 24,85 3 Schleifen/CMP/Ätzen 14,9 26,25 4 Schleifen/CMP/Ätzen 11,55 18,05 5 Schleifen/Ätzen 86,9 22,25 6 Schleifen/Ätzen 62,4 21,65 7 Schleifen/Ätzen 73 27,5 8 Schleifen/Ätzen 77,5 16,45

Eine Funktion von CMP oder nasschemischen Verfahren besteht darin, die mechanischen Untergrundschäden zu beseitigen und die Untergrundbelastung, die durch den Schleifprozess verursacht wird, zu lösen. TEM wurde verwendet, um den Querschnitt der Wafer nach dem Schleifen und nach dem nasschemischen Zwei-Schritt-Ätzen abzubilden. Die TEM-Ergebnisse sind in den folgenden Bildern wiedergegeben (oberes folgendes Bild: TEM-Bild des Schleif-Wafer-Querschnitts in der Nähe der Oberfläche, und unteres folgendes Bild: Querschnitt TEM-Bild eines Schleif-Wafers nach dem zweistufigen Nassätzen (Entfernung von ~10 pm Si)).

Fig. 11A zeigt TEM-Bilder eines Wafer-Querschnitts dicht an der Oberfläche. Fig. 11A zeigt deutlich die Untergrundschäden bis zu ca. 100 nm Tiefe. Die subtile Kontraständerung von der

Oberfläche zur Masse suggeriert auf der Oberfläche vorliegende Belastung etwa 300 nm in die Masse. Nach dem zweistufigen nasschemischen Ätzen werden die Untergrundschäden und die Belastung entsprechend dem TEM aus Fig. 11B entfernt. Diese TEM und die Daten zur Rauheit belegen, dass der CMP-Prozessschritt durch einen Nassätzprozess ersetzt werden kann. TSV-Wafer-Ergebnisse TSV-Produktions-Wafer wurden nach dem Schleifvorgang erhalten. Die Wafer wurden unter Verwendung des hierin beschriebenen chemischen Zwei-Stufen-Ätzens bearbeitet, und bei diesem Experiment unter Verwendung von HF/HN03 und SACHEM SMC6-42-1 als den beiden Ätzmitteln. Die Wafer wurden erfolgreich auf dem SSEC Single-Wafer-Werkzeug mit den optimalen bekannten Parametern bearbeitet. Die TSVs sind sauber freigelegt, und die Wafer-Oberfläche ist glatt. SMC6-42-1 ist formuliert für schnelle Ätzraten und glattes Oberflächen-Finishing ohne Einsatz von TMAH. Die Zusammensetzung ist in Tabelle 4 aufgeführt. Ihre Toxizitätsdaten für dermale Exposition bei Ratten unter Verwendung von LD50 als Indikator sind in Tabelle 5 dargestellt.

Tabelle 4, SMC6-42-1 Komponenten __

Tabelle 5. Vergleich von LD50 für SMC6-42-1 und TMAH

LD50 ist die Dosierung bei 50 % oder mehr Test-Ratten, um nach Hautkontakt mit den Testchemikalien einen gegebenen Zeitraum zu überleben. Generell gilt, dass je höher die LD50 ist, desto weniger toxisch ist die Chemikalie. Wie in Tabelle 5 angegeben, ist LD50 von SMC6-42-1 für dermale Exposition bei Ratten 1000 mg/kg und damit mehr als 5 Mal höher als die von TMAH. Ätzprofil-Kontrolle TSV-Wafer weisen nach dem Schleifen erhebliche Dickenschwankungen auf. Diese Variationen oder Ungleichmäßigkeiten gehen zurück auf die verwendeten Schleifeinrichtungen und/oder Dickenvariationen der für die Montage des Geräte-Wafers auf einem Träger eingesetzten

Klebeschicht. Diese Ungleichmäßigkeiten sind oft radialer Natur aufgrund des Prozesses, der sie bewirkt hat, wie z. B. in der oberen Kurve aus Fig. 12. Anders ausgedrückt, ist die Dicke der Schicht des restlichen Substratmaterial (RST) oft generell um eine bestimmte radiale Stelle konsistent (z. B. ein ringförmiger Bereich, das Zentrum des Wafers in einer bestimmten Entfernung oder in Abstandsbereichen von der Mitte umgibt); sie unterscheidet sich aber von der RST von einer oder mehreren anderen radialen Positionen. In diesem Fall hat der Wafer ein in der Mitte und am Rand dickeres Profil. Die eingehenden Dickenschwankungen können ernste Probleme verursachen, wiez. B. nicht freigelegte TSVs. Um dieses Problem der Ungleichmäßigkeit anzugehen, integrieren das beispielhafte Single-Wafer-Prozesssystem und die Verfahren einen Messsensor der Waferdicke in das System, beispielsweise, aber ohne diesbezügliche Einschränkung, den ISIS StraDex f2-300. Der Sensor ist im Systemdesign in einer separaten Kammer integriert und eliminiert damit die Notwendigkeit einer Offline-Dicke-Metrologie. Die ISIS StraDex f2-300 Sensor nutzt spektrale Kohärenz-Interferometrie bei einer Wellenlänge von 1300 nm zum Erhalten von Dickenmessungen. Das Steuersystem nutzt Messungen z. B. über den Durchmesser des Wafers vorgenommene Messungen. Ein Vorschub-Steuersystem nutzt Dickenmessungen vor der Bearbeitung, um die Ätztiefe für bestimmte radiale Positionen anzupassen und eingehende Dickenschwankungen zu kompensieren. Zusätzlich nutzt ein Rückmelde-Kontrollmechanismus nach dem Bearbeiten vorgenommene Dickenmessungen, um Ätzzeiten für die nachfolgenden Wafer anzupassen, und behandelt somit Variationen der Ätzrate. Diese geschlossene Prozesskontrolle ist besonders wichtig für die Großserien-Fertigung. In Fig. 12 (untere Kurve) sind die tatsächlichen Messergebnisse auf einem TSV-Wafer nach dem Freilegungs-Ätzen gezeigt (Fig. 12 veranschaulicht Werte für die inline gemessene Anfangsdicke (obere Kurve), die VIA-Tiefe/Höhe (mittlere Kurve) und die TSV-Waferdicke nach dem Freilegungs-Ätzen.

Wie in der genannten Figur gezeigt, passt das Single-Wafer-Prozesssystem durch die Messung der eingehenden Waferdicke und die Weiterleitung dieser Daten zum Kontrollalgorithmus die Prozessparameter automatisch an, um den dickeren Randbereich (z. B. die radialen Stellen im Bereich von 100-150 mm von der Mitte) und den dickeren Mittenbereich (z. B. die radialen Stellen im Bereich von 0-50 mm von der Mitte) zu kompensieren. Das Ergebnis sind eine Reduzierung der Dickenschwankung nach dem Ätzen und einheitlich offengelegte TSVs innerhalb von ±1,0 pm der gewünschten Freilegungshöhe. Die Fähigkeit, die eingehende Waferdicke zu messen und die Waferdicke nach dem Ätzen und das radiale Profil zu kontrollieren, stellt einen großen Vorteil bei der Großserienproduktion bereit.

Das Freilegungs-Ätzmittel greift nicht vorzugsweise entlang der Seitenwand der TSVs an, wenn das Ätzen die TSVs offenlegt. Fig. 13 zeigt einen aufgebrochenen Querschnitt eines offengelegten TSV. Oxid-Liner und Barrieremetall sind intakt. Im Schnittbereich zwischen Silizium und TSV wird keine Wölbung beobachtet.

Entsprechend der Beschreibung hierin betrifft die vorliegende Erfindung einen Nassätzprozess als einfache und kostengünstige Alternative zu CMP/Plasma-Ätzen in einem TSV-

Freilegungs-Prozess. Der hierin beschriebene Prozess verwendet zwei Ätzstufen und stellt eine schnelle Gesamt-Ätzrate und hohe Selektivität in einem Single-Wafer-Prozess-Tool bereit. Der vorliegende Prozess verbessert die Ätzrate um 50 % oder mehr gegenüber traditionellen Si-Ätzmitteln, die derzeit in der Industrie verwendet werden. Durch die Kombination von Silizium-Dickemessung und Nassätzen in einem Single-Wafer-Prozesssystem stellt diese Plattform niedrige Betriebskosten und ausgezeichnete Prozesssteuermöglichkeiten für die Großserienproduktion bereit.

Wie vorstehend erwähnt, sind das vorgenannte Beispiel und die Daten lediglich beispielhafter Natur, und sie schränken den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht ein.

Wie beschrieben, umfasst der Zwei-Schritt-(Zwei-Stufen-)-Ätzprozess einen ersten Schritt, der ausgerichtet ist auf das Glätten der Oberfläche und die Beseitigung der Ungleichmäßigkeiten der radial abhängigen Waferdicke Ungleichförmigkeiten mit einer hohen Ätzrate (SPIN-D-Ätzen). Der zweite Schritt ist selektiv in Bezug auf das Trägermaterial (z. B. Silizium) und ohne Angreifen der Oxid-Liner und der Metall-Bolzen. Für den ersten Schritt wird isotropes Nassätzen von Silizium verwendet, um ein Glätten der Oberflächenrauheit bereitzustellen sowie eine hohe Ätzrate zu bewirken. Eine beliebige Anzahl verschiedener Ätzmittel kann verwendet werden, wie z. B. ein Ätzmittel, das eine Mischung aus Salpetersäure und Flusssäure als aktive Ätzbestandteile enthält. Die Salpetersäure fungiert als Oxidationsmittel, um die Oberfläche zu Siliziumoxid zu konvertieren, und anschließend ätzt die HF das Oxid. Bei Verwendung in einem Single-Wafer-Spin-Prozessor stellt das Hinzugeben von Chemikalien mit höheren Viskositäten ein gleichmäßigeres Ätzen der Wasseroberfläche bereit. Phosphorsäure und Schwefelsäure können wegen ihrer Viskosität zugesetzt werden, und sie sind chemisch nicht an der Ätzreaktion beteiligt. Die Zugabe dieser viskosen Säuren verändert die chemische Kinetik nicht, sondern erhöht den Massenübergangswiderstand infolge der Viskositätserhöhung. Darüber hinaus können die Verhältnisse der Chemikalien die Oberflächen rau heit beeinflussen. Bei hoher HF- und niedriger Salpetersäure-Konzentration ist das Verfahren sehr temperaturabhängig. Weiter kann die Reaktionsgeschwindigkeit nicht leicht gesteuert werden, was zu instabilen Siliziumoberflächen führt. Bei niedrigem HF- und hohem Salpetersäure-Gehalt ergeben sich aufgrund der stärker diffusionsbeschränkten Reaktion glatte, polierte Oberflächen. Mit der Zugabe der viskosen Säuren nimmt die Oberflächenrauheit für die gleiche Abtragsrate effizienter ab. Die Verwendung eines Spin-Ätz-Systems ermöglicht die Optimierung dieses Schrittes. Weiter hat die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion zusammen mit den Spin-Prozessparametern einen signifikanten Effekt auf die Gesamtgleichmäßigkeit und die Oberflächengüte. Es können Prozessbedingungen gewählt werden, um die Ätzrate für eine glattere Oberfläche anzupassen und die Ungleichmäßigkeiten des Wafers nach dem Schleifen zu kompensieren. Für den zweiten Schritt wird, wie oben erwähnt, ein selektives Ätzverfahren verwendet, um die Metall-TSVs freizulegen. Der chemische Ablauf ist selektiv, da dabei das Wafer-Substratmaterial geätzt wird und die Oxid-Liner oder das Metall des TSV nicht angegriffen werden. Die Siliziumoberfläche ist sauber und glatt und beseitigt die Belastung im Zusammenhang mit dem Schleifen. Die Kompensation für radiale Ungleichmäßigkeiten in der Siliziumdicke und den VIA-Tiefen erfolgt durch Modifikationen im radialen Ätzprofil. Ein integriertes Wafer-Dickenmesssystem liefert kritische Informationen zur Steuerung des Ätzprozesses. Der Oxidisolations-Liner bleibt wegen der Selektivität des chemischen Ätzprozesses intakt.

Die Single-Wafer-Ätzbearbeitung kann radiale Ungleichmäßigkeiten durch Ätzen mehr oder weniger spezifischer radialer Stellen über der Oberfläche des Wafers in Abhängigkeit von den Prozessparametern kompensieren. Dies wird unter Verwendung erreicht von steuerbaren nichtlinearen Bewegungsprofilen für die chemische Abgabe, wie hierin beschrieben. So ist diese Methode der Kompensation wichtig, um den Ätzprozess bereitzustellen. Die hierin beschriebenen Werkzeuge bestimmen die Siliziumdicke mit integrierten Infrarotmessungen. Die integrierte Dickenmessung ermöglicht die Berechnung eines maßgeschneiderten Ätzrezepts für jeden Wafer unmittelbar vor dem Ätzprozess. Die Messung nach dem Ätzen bestätigt, dass die korrekte Menge an Silizium geätzt wurde. Die Messung der Siliziumdicke vor dem Ätzen ist entscheidend für den Freisetzungsprozess, muss aber mit vorheriger Kenntnis der Tiefe des TSV von der Oberfläche kombiniert werden. Vorzugsweise hat der Hersteller genaue Abmessungen des Metallbolzens, der den TSV bildet. Die Menge des zu ätzenden Siliziums wird auf der Grundlage der Tiefe des TSV und der gewünschten Höhe der offengelegten Cu-Bolzen nach der Bearbeitung bestimmt. Für die oben beschriebenen Werkzeuge wurde ein Waferdicken-Messsensor im Systemdesign in einer separaten Kammer integriert, um eine Regelkreis-Vorwärtssteuerung des Ätzprozesses bereitzustellen. Der Sensor misst die tatsächliche Dicke des Geräte-Wafers, nicht den gesamten Stapel, der den Trägerund den Klebstoffeinschließt. Mehrere Messungen werden über dem Durchmesser des Wafers durchgeführt. Die Messung der VIA-Tiefe muss zuvor im Front-End-of-Line-(FEOL)-Prozess erfolgen, wenn die VIAs geätzt und gefüllt werden. Die Daten werden kombiniert, um die Berechnung der Silizium-Ätztiefe und des radialen Profils zu ermöglichen.

Bei einem Beispiel kann die Ätzrate in einem Single-Wafer-Ätz-Tool im Laufe der Zeit aufgrund der chemischen Reaktionen, die die chemischen Abläufe verändern, abnehmen. Eine konstante Ätzrate kann durch Einbeziehung der chemischen Nachfüllung aufrechterhalten werden. Um sicherzustellen, dass die korrekte chemische Nachfüllung erfolgt, wird die Ätzrate durch Messen der Menge an Silizium, die auf dem vorangegangenen Wafer geätzt wurde, überwacht. Somit kann die Ätzrate berechnet und für den nächsten Wafer verwendet werden, um Regelkreis-Prozesssteuerung bereitzustellen. Die geplante Ätzzeit mit radialer Variation wird unter Verwendung dieser Ätzrate berechnet. Die Variation der radialen Ätzrate wird basierend auf der Dicke des Siliziumwafers ausgewählt, abzüglich der Tiefe des TSV, zuzüglich der freizulegenden Menge an TSV. Bei diesem Beispiel sollten die TSVs um 5 pm offengelegt werden. Die anfängliche Dickenvariation des Siliziums nach dem Schleifen war 4,4 pm. Die TSV-Tiefenvariation betrug jedoch 1,5 pm, was in der Ätzberechnung ebenfalls zu berücksichtigen ist. Falls bei dem gleichen Beispiel mit 5 pm Freilegung das Ätzen ohne Kompensation der radialen Abweichungen erfolgt wäre, hätten die Offenlegungs-Höhen um die anfänglichen 4,4 pm der Silizium-Ungleichmäßigkeit sowie um die 1,5 pm Schwankung der TSVs variiert. Einige der TSVs könnten mehr als 10 pm freigelegt werden, und dies könnte zu einem mechanischen Ausfall während der nachfolgenden Bearbeitung der Umverteilungsschicht (RDL) führen. Unter Verwendung eines Ätzprofils zur Kompensation der eingehenden Siliziumdicken-Variation und der bekannten Variation der TSVs waren die sich ergebenden Offenlegungshöhen innerhalb eines Fensters von ± 1 pm um die gewünschte Offenlegungshöhe von 5 pm.

Durch kontinuierliche Dickenmessung kann die Ätzrate bestimmt und nicht nur zum nächsten zu bearbeitenden Wafer weitergeleitet, sondern auch bei der Bearbeitung des aktuellen Wafers berücksichtigt werden. Wenn die abschließende Siliziumdickenmessung nach einer Ätzstufe nicht innerhalb der Spezifikation liegt, kann der Wafer zur weiteren Bearbeitung zur Ätzkammer zurückkehren.

Bei einer oder mehreren Ausführungsformen können die Softwaremodule 730 auch ein Arm-Scan-Profilmodul 782 zum Erzeugen von benutzerdefinierten Arm-Scan-Profilen umfassen, wie weiter oben und im Folgenden hierin beschrieben.

Benutzerdefinierte Arm-Scan-Profile erlauben es dem Benutzer, den Pfad, über den sich ein Abgabearm über ein Substrat bewegt, grafisch zu erstellen und zu modifizieren, einschließlich der Geschwindigkeit, mit der sich der Arm an einem bestimmten Punkt im Profil bewegt. Profile werden dynamisch vom konfigurierten Prozessor basierend auf Benutzer-Interaktion mit einem Liniendiagramm erstellt. Die Linie kann durch Anklicken und Ziehen der Punkte, die die Linie definieren, in das gewünschte Armbewegungsprofil geformt werden, bis der gewünschte Verteilungspfad erstellt ist. Jeder Punkt im Profil repräsentiert die Geschwindigkeit des Arms an einer gegebenen Stelle entlang des Pfads.

Die individuellen Arm-Scan-Profile können durch die Prozesssteuerung 705 basierend auf Benutzereingaben unter Verwendung der Benutzerschnittstelle eingerichtet/abgeändert und durch den Prozessor 710 empfangen werden, der durch das Ausführen von einem oder mehreren Softwaremodulen 730 konfiguriert wird, vorzugsweise einschließlich des Benutzerschnittstellenmoduls 780 und des Wafer-Profilmoduls 772 und des Arm-Scan-Profilmoduls 782.

Insbesondere kann der konfigurierte Prozessor eine grafische Benutzerschnittstelle anzeigen, die hierin als Arm-Scan-Profil-Assistent bezeichnet wird, durch den der Benutzer mit dem System interagieren kann. Der "Arm-Scan-Profil-Assistent" wird verwendet, um ein neues Arm-Scan-Profil zu erzeugen, das auf einer vordefinierten Vorlage basiert. Nach dem Erzeugen kann das Standardprofil geändert werden, um es an die spezifischen Anforderungen der Abgabeanwendung anzupassen. Zusätzlich kann der Benutzer auch Wafer-Daten/Parameter eingeben. So kann beispielsweise eine Seite "Wafer Information" verwendet werden, um unter anderem den Durchmesser des Wafers einzugeben. Die Durchmesser-Einheiten können als entweder "mm" oder "in" ausgewählt werden.

In Bezug auf das Arm-Scan-Profil kann das Profil auf einer Arm-Scan-Vorlage basieren. Die konfigurierte Prozessor kann der Benutzer auffordern, eine Vorlage auswählen, und der Benutzer kann das Profil individuell anpassen, nachdem es aus dergewählten Vorlage erzeugt worden ist. Fig. 14A zeigt eine beispielhafte GUI für die Vorlagenauswahl des Abtastpfads. Die Auswahlmöglichkeiten 1402 der Vorlage können beispielsweise "Mittig schwer", "Mittig leicht" und "Linear" (z. B. gleichmäßig) einschließen.

Bei Auswahl der Vorlagen "Mittig schwer" und "Mittig leicht" kann der Benutzer aufgefordert werden, "Min.-Geschwindigkeit" 1404 und "Max.-Geschwindigkeit" 1404 einzugeben, die für das Profil erzeugt werden. Für das Profil "Mittig schwer" stellt "Min.-Geschwindigkeit" die Armgeschwindigkeit in der Wafer-Mitte dar, und "Max.-Geschwindigkeit" stellt die Armgeschwindigkeit am Rand des Wafers dar. Das Gegenteil gilt für das Profil "Mittig leicht", wobei "Min.-Geschwindigkeit" die Armgeschwindigkeit am Rand des Wafers darstellt, während "Max.-Geschwindigkeit" die Armgeschwindigkeit in der Wafer-Mitte darstellt.

Bei Auswahl der Vorlage "Linear" kann der Benutzer aufgefordert werden, die "Max.-Geschwindigkeit" einzugeben. Die "Max.-Geschwindigkeit" stellt die Armgeschwindigkeit dar, die für das Profil über allen Positionen auf dem Wafer erzeugt wird. Wenn alle auf der linken Seite der Wafer-Oberfläche ausgeführten Armbewegungen auch auf der rechten Seite der Wafer-Oberfläche ausgeführt werden, kann die Zeit zum Erstellen des abschließenden Profils von einem Benutzer durch die Aktivierung des Symmetrie-Merkmals verkürzt werden. Das Symmetrie-Merkmal bewirkt, dass der konfigurierte Prozessor alle Punkt-Platzierungen, die im Diagramm für die linke Seite der Waferoberfläche erfolgt sind, auf der rechten Seite der Waferoberfläche spiegelt. Der Benutzer kann das Kontrollkästchen "Symmetrie aktivieren" anklicken, um die Symmetrie-Funktion zu aktivieren klicken, wie in Abb. 14A dargestellt. Basierend auf den erhaltenen Informationen wird dem Benutzer das Diagramm angezeigt, und alle in der linken Hälfte des Diagramms ausgeführten Operationen der Punktbearbeitung werden in der rechten Hälfte des Diagramms reflektiert. Die Symmetrie kann jederzeit für jedes Profilschaubild EIN/AUS geschaltet werden. Ist die Symmetrie nicht aktiviert, sind alle Bereiche des Profilschaubilds für die Punkt-Platzierung und -Bearbeitung verfügbar.

Der konfigurierte Prozessor kann eine Seite "Profilübersicht" generieren und anzeigen, die die Liste der Auswahlentscheidungen mit dem Assistenten anzeigt, und diese Einstellungen werden zum Erzeugen des Arm Scan-Profils verwendet. Darüber hinaus kann der konfigurierte Prozessor automatisch ein Profil speichern, wenn es mit dem "Arm Scan-Profil-Assistenten" erstellt wird.

Weiter können Arm-Scan-Profildaten automatisch durch den konfigurierten Prozessor importiert werden, beispielsweise basierend auf Informationen, die im Wafer-Profil angegeben sind, das beschrieben ist in Zusammenhang mit Fig. 8B; zusätzlich oder alternativ dazu kann das Vorlagenprofil aus dem Ätzprofil importiert werden, einschließlich des bei Schritt 870 erzeugten Arm-Scan-Profils.

Darüber hinaus können Arm-Scan-Profildaten aus einer Tabelle oder vom Benutzer bereitgestellten Datei importiert werden. Generell können Arm-Scan-Profildaten Positionen auf der Wafer-Oberfläche und die entsprechende Geschwindigkeit des Kopfs an dieser Stelle einschließen. Obwohl derartige Informationen in tabellarischer Form angezeigt werden können, kann der konfigurierte Prozessor das Arm-Scan-Profil in grafischer Form anzeigen.

Das Arm-Scan-Profildiagramm enthält eine durchgehende Linie (linear oder gekrümmt), die den Bewegungspfad darstellt, dem ein Abgabearm folgt, einschließlich der Geschwindigkeit des Arms an jeder einer Vielzahl von Punkt-Positionen entlang des Pfads. Wie hierin entsprechend einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben, kann der Profilpfad durch Bearbeiten und Löschen von vorhandenen Punkten und Hinzufügen von neuen Punkten von einem Benutzer geändert werden, der mit der grafischen Darstellung des Pfads interagiert. Die Benutzer-Interaktionen werden vom konfigurierten Prozessor empfangen und umgesetzt in entsprechende Anpassungen des Arm-Scan-Profils durch Abändern der Positionen, denen der Punkt entspricht, und der entsprechenden Geschwindigkeit basierend auf der Interaktion des Benutzers mit dem Punkt im Schaubild entsprechend der näheren Beschreibung hierin. Mehrere Merkmale ermöglichen einen hohen Grad individueller Anpassung. Darüber hinaus geht der Funktionsumfang der vorliegenden Anmeldung entsprechend den offenbarten Ausführungsformen über einfaches Ziehen und Ablegen hinaus, indem z. B. eine relative Position nachverfolgt wird, wenn eine Auswahl initiiert wird, sowie eine anschließende relative Position, wenn die Auswahl abgeschlossen ist (d. h. wenn die Maustaste freigegeben wird) und indem die Zulässigkeit derartiger Abänderungen bestimmt wird. Zum Zeitpunkt der Freigabe kann die Anpassung in entsprechende Arm-Scan-Parameter übersetzt werden, und nach Abschluss der Änderungen des Arm-Scan-Profils können aktualisierte Anweisungen erzeugt und zu einer oder mehreren Einrichtungen gesendet werden, die für das Durchführen des Prozesses konfiguriert sind.

Fig. 14B zeigt ein beispielhaftes Schaubild eines Arm-Scan-Profils, das dem Benutzer über die GUI angezeigt wird. Die x-Achse 1410 des Schaubilds gibt die Position des Abgabearms über einem Durchmesser der Wafer-Oberfläche wieder. Positionswerte sind relativ zur Mitte des Wafers, wobei der Mittelpunkt der Achse als 0.00 angezeigt ist. Durch derartige Verweise auf Positionen kann ein einzelnes Profil auf mehrere Prozesskammern angewandt werden.

Das in Fig. 14B gezeigte und hierin weiter beschriebene Beispiel stellt einen 200-mm-Wafer dar. Man beachte, dass die x-Achse so erscheint, dass sie auf einen 250-mm-Wafer eingestellt ist, da die Achsenwerte von -125,00 mm bis 125.00 mm reichen. Dies geht darauf zurück, dass zusätzlicher Abstand am Ende jeder Seite der Achse hinzugefügt wird, um es dem Arm zu ermöglichen, die Bewegung jenseits der Wafer-Ränder zu beginnen und zu beenden, und dem Arm die erforderliche Distanz zu geben, um volle Geschwindigkeit zu erreichen, wenn die Wafer-Kante (dargestellt als Punkt bei -100 mm und 100 mm) während der Abgabefunktion erreicht wird. Die Bereiche des Schaubilds, die Positionen darstellen, die nicht deckungsgleich mit der Wafer-Oberfläche sind (z. B. weiter als 100 mm von der Mitte), können mit einer hellgelben Füllung oder Schattierung eingefärbt sein.

Das y-Achse des Schaubilds repräsentiert die Geschwindigkeit, mit der sich der Arm am angegebenen Positionswert der x-Achse bewegt. Man beachte, dass, obwohl die Positionswerte der ersten und letzten Punkte im Diagramm geändert werden können, ihre Geschwindigkeitswerte vorzugsweise auf das zulässige Minimum eingestellt sind und das Diagramm so eingestellt sein kann, dass die Änderung des Geschwindigkeitswerts für diese Punkte nicht zulässig ist.

Wie weiter oben erwähnt, spiegelt das Symmetrie-Merkmal automatisch Änderungen am

Profil in der linken Hälfte des Wafers in der rechten Hälfte des Wafers wider. Dies ermöglicht einen symmetrischen Profilpfad über die Mitte des Wafers. Bei aktivierter Symmetrie kann die rechte Hälfte des Diagramms deaktiviert werden, und Punkt-Änderungen sind in diesem Bereich nicht zulässig (oder umgekehrt). Der Bereich ist hellgrau schattiert, um weiter anzugeben, dass die Symmetrie aktiv ist. Fig. 14C zeigt das Diagramm und skizziert die deaktivierte rechte Hälfte des Diagramms 1414.

Ein Benutzer kann auch das "Symmetrie"-Kontrollkästchen anklicken, um die Symmetrie zu deaktivieren. Bei deaktivierter Symmetrie wird die rechte Seite des Profildiagramms aktiviert, und die von der linken Hälfte des Schaubilds reflektierten Punkte stehen zur individuellen Bearbeitung zur Verfügung. Wenn die Symmetrie wieder aktiviert ist, werden alle Punkte auf der rechten Hälfte des Diagramms durch reflektierte Punkte aus der linken Hälfte des Diagramms ersetzt.

Wenn das Symmetrie-Merkmal aktiviert ist, widerspiegelt der konfigurierte Prozessor alle Punkt-Positionen der linken Hälfte des Diagramms in der rechten Hälfte des Diagramms. Wenn der Abgabearm hin und her schwingt, kann in der Nähe der Randpositionen eine Abgabe über einen längeren Zeitraum auftreten, da der Arm bis zu einem Stopp verlangsamt und anschließend erneut beschleunigt, um sich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. Um in diesem Fall übermäßiges Ätzen abschwächen zu helfen, kann vom Benutzerein Ausschlussbereich eingerichtet oder abgeändert werden, indem die Ausschlussgrenze zur gewünschten Position im Schaubild gezogen wird. Die Ausschlussgrenze 1416 ist in Fig. 14D hervorgehoben dargestellt. Punkte innerhalb des Ausschlussbereichs sind nicht eingeschlossen, wenn der Abgabepfad ausgeführt wird, d. h., dass die Düse kein Ätzmittel über den Positionen im Abgabepfad abgibt.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 14C enthält die Spitze der Ausschlussgrenze einen Greifbalken 1418. Ein Benutzer kann den Greifbalken anklicken und halten und anschließend die Maus über die x-Achse des Diagramms bewegen, um die Position der Ausschlussgrenze zu ändern. In der GUI kann der Ausschlussbereich dunkelgrau erscheinen, und alle Positionen innerhalb des Ausschlussbereichs werden entfernt, mit Ausnahme einer einzelnen Position, die an einem mindestzulässigen Geschwindigkeitswert platziert ist, sodass die Verzögerung/Beschleunigung des Arms beim Richtungswechsel korrekt erfolgen kann. Ein Beispiel für einen angewandten Ausschlussbereich (grau dargestellt) ist in Fig. 14E gezeigt. Dementsprechend werden grafisch eingegebene Anweisungen durch den konfigurierten Prozessor empfangen, und entsprechende Anpassungen werden an den entsprechenden Punkten des Arm-Scan-Profils vorgenommen.

Darüber hinaus erleichtert der konfigurierte Prozessor ein System, bei dem Profilpunkte entlang des Arm-Scan-Pfads hinzugefügt, bearbeitet und gelöscht werden können, um ein Arm Scan-Profil zu erzeugen, das die Anforderungen eines gegebenen Prozesses erfüllt. Über die Benutzeroberfläche kann ein Benutzeraufeinen Punkt im Grafikbereich klicken, um diesen auszuwählen. Entsprechend der Darstellung in Fig. 14F erscheint der ausgewählte Punkt 1420 hervorgehoben, und seine Positions- und Geschwindigkeitswerte erscheinen in den Feldern "Position" und "Geschwindigkeit" im Bereich "Ausgewählter Punkt" 1422 rechts vom Diagramm. Wenn Symmetrie aktiviert ist, können nur Punkte in der linken Hälfte des Diagramms ausgewählt werden.

Wenn derzeit kein Punkt ausgewählt ist, werden die Bearbeitungsfelder "Ausgewählter Punkt" deaktiviert.

Die Positions- und Geschwindigkeitswerte eines Punkts können unter Verwendung zweier unterschiedlicher Verfahren geändert werden. Ein Benutzer kann einen Punkt anklicken und über das Diagramm ziehen, um die Arm-Position für den betreffenden Punkt im Arm-Scan-Profil zu ändern. Ein Benutzer einen Punkt anklicken und vertikal ziehen, um die Arm-Geschwindigkeit am betreffenden Punkt im Profil zu ändern. Wenn ein Punkt gezogen wird, werden seine sich verändernde Position und die Geschwindigkeitswerte in den Bearbeitungsfeldern "Ausgewählter Punkt" angezeigt.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 14G kann ein Punkt 1426 hervorgehoben erscheinen, wenn er mit dem Maus-Cursor gezogen wird, und eine gestrichelte Linie verbindet ihn mit dem Punkt an seiner ursprünglichen Position 1428. Durchgezogene Linien verbinden auch den gezogenen Punkt mit den Punkten daneben, sodass der Benutzer ein visuelles Gefühl dafür erhält, was das Ergebnis sein wird, wenn die Maustaste losgelassen wird. Der konfigurierte Prozessor empfängt auch die Eingabe des Benutzers und konvertiert die Eingabe des Benutzers in entsprechende Positions- und Geschwindigkeitswerte, um das Profil der Benutzereingabe entsprechend zu aktualisieren. Darüber hinaus kann der konfigurierte Prozessor auch die Zulässigkeit der Eingabe des Benutzers und entsprechender Änderungen der Geschwindigkeit und Position überprüfen. Beispielsweise können die betrieblichen Einschränkungen des Arms eine maximale Beschleunigung über eine gegebene Distanz einschließen. Dementsprechend kann der konfigurierte Prozessor bestimmen, ob die Änderung der Position und die Änderung der Geschwindigkeit zwischen dem angepassten Punkt 1428 und dem vorangegangenen Punkt 1430 oder dem nachfolgenden Punkt 1432 gegen derartige Einschränkungen verstößt. Es ist ersichtlich, dass andere derartige Einschränkungen der Bearbeitung durch den konfigurierten Prozessor überwacht werden können. Beispielsweise kann das System auch einen Punkt daran hindern, zu einer Position jenseits des vorangegangenen oder nachfolgenden Punkts bewegt zu werden.

Als Warnung kann der konfigurierte Prozessor einen Hinweis anzeigen, wobei z. B. ein Punkt in einer anderen Farbe erscheint, wenn er an eine Position gezogen wird, wobei der Wert der Beschleunigung zu dem Punkt oder davon weg größer ist als der empfohlene Maximumwert. Die Verlagerung eines Punkts zu einer derartigen Position muss vom System nicht verhindert werden. Der Abgabe-Arm kann die Bewegung jedoch möglicherweise nicht erfolgreich ausführen.

Darüber hinaus können Änderungen der Position und Geschwindigkeit über den ausgewählten Punktbereich auf der GUI manuell angepasst werden. Zum Beispiel kann ein Benutzer einen Punkt 1428 anklicken, um ihn auszuwählen, und die Positions- Geschwindigkeitswerte erscheinen im Bereich "Ausgewählter Punkt" 1422. Der Benutzer kann anschließend die gewünschten Positions- und Geschwindigkeitswerte für den ausgewählten Punkt in die Bearbeitungsfelder eingeben. Der Benutzer kann auch die Pfeile nach oben/nach unten in jedem Bearbeitungsfeld verwenden, um die Positions- und Geschwindigkeitswerte zu ändern. Wenn Symmetrie aktiviert ist, werden alle Punktänderungen in der linken Hälfte des Diagramms automatisch vom konfigurierten Prozessor in der rechten Hälfte des Diagramms übernommen.

Darüber hinaus können Punkte zur Diagrammlinie hinzugefügt werden, zum Beispiel zum Erhöhen der Auflösung des Arm-Scan-Profils, indem der Mauszeiger über ein beliebiges Liniensegment zwischen zwei benachbarten Punkten platziert wird (z. B. Segment 1434) und eine Benutzereingabe bereitgestellt wird, die den Prozessor anweist, einen Punkt beispielsweise über einen Klick mit der der linken Maustaste hinzuzufügen. Der hinzugefügte Punkt wird automatisch ausgewählt und kann lindgrün erscheinen. Infolgedessen aktualisiert der konfigurierte Prozessor den Arm-Scan mit dem neuen Punkt und die entsprechende Geschwindigkeit, indem ein Eintrag in das Arm-Scan-Profil mit den entsprechenden Positions- und Geschwindigkeitswerten zwischen den vorhandenen Punkten eingefügt wird. Auf ähnliche Weise kann ein Punkt aus dem Liniendiagramm von einem Benutzer durch Platzieren des Mauszeigers über dem gewünschten Punkt und anschließendes Klicken mit der rechten Maustaste gelöscht werden. Wie beispielsweise in Fig. 14H gezeigt ist, wird der Punkt 1436 ausgewählt, und ein Kontextmenü erscheint. Der Benutzer kann anschließend im Kontextmenü "Löschen" wählen, um den Punkt zu löschen und das Löschen anschließend bestätigen. Weiter kann die aktuelle Auswahl der Einheiten des Diagramms zwischen "mm" und "in/Zoll" jederzeit durch einen Benutzer geändert werden, der mit der Dropdown-Liste nahe der unteren rechten Ecke des Fensters interagiert. Auf der Grundlage dieser Eingaben werden alle Punktwerte und Achsenwerte des Diagramms vom konfigurierten Prozessor in die neu ausgewählten Einheiten umgesetzt, und die aktualisierten Einheiten werden automatisch im Arm-Scan-Profil gespeichert.

Das Arm-Scan-Profilmodul konfiguriert auch den Prozessor, um eine Reihe von Arm-Scan-Profil-Konfigurationsoptionen bereitzustellen. Profil-Konfigurationsoptionen können die Anzahl der Punkte einschließen, die für mittig schwere und mittig leichte Profile erzeugt werden sollen.

Bei einigen Implementierungen werden standardmäßig 20 Profilpunkte entlang des kontinuierlichen Arm-Scan-Pfads erzeugt, wenn die Vorlage "Mittig schwer" oder "Mittig leicht" im "Arm Scan-Profil-Assistenten" ausgewählt worden ist. Jedoch kann die Standardanzahl der zu erzeugenden Punkte auf beliebige Werte geändert werden, beispielsweise zwischen 10 und 64 Punkten (einschließlich). Unter Verwendung der Vorlage "Linear" erzeugte Profile werden mit vier Punkten erstellt. Bei einigen Implementierungen dieser Wert kann nicht geändert werden, es können jedoch Punkte bearbeitet, hinzugefügt und aus dem Profil gelöscht werden, nachdem es erstellt worden ist. Fig. 141 zeigt eine beispielhafte grafische Anzeige einer linearen Vorlage.

Wie bereits erwähnt, kann der konfigurierte Prozessor Einschränkungen in Bezug auf die Änderungen der Position und der entsprechenden Geschwindigkeit eines Punkts auf dem Pfad erzwingen. Standardmäßig kann der Benutzer Punkte an beliebigen Stellen des Diagramms ohne Berücksichtigung der Position benachbarter Punkte verschieben und ablegen. Dieser freihändige Ansatz ermöglicht dem Benutzer die größtmögliche Flexibilität bei der Erstellung eines Arm-Scan-Profils. Es fällt jedoch in die Verantwortung des Nutzers, sicherzustellen, dass alle Punkte von links nach rechts mit zunehmendem Positionswert platziert sind. Der konfigurierte Prozessor kann jedoch das abgeänderte Profil bewerten, und, falls diese Kriterien nicht erfüllt sind, einen Dialog anzeigen, der eine Warnung ausgibt, falls der Benutzer versucht, das Profil im System 100 zu implementieren. Die Fähigkeit zum Erzwingen relativer Punktplatzierung kann durch eine Benutzereingabe/einen Befehl aktiviert werden, indem beispielsweise ein Kontrollkästchen "Relative Punktplatzierung erzwingen" in der GUI angeklickt wird. Ist diese Option angeklickt, verhindert der Prozessor, dass ein Punkt zur anderen Seite von jedem seiner benachbarten Punkte bewegt wird.

An dieser Stelle ist anzumerken, dass, obwohl ein Großteil der vorstehenden Beschreibung auf ein System zur Durchführung eines Nassätzprozesses und Verfahren zum Nass ätzen von Wafern zum Freilegen von TSVs gerichtet ist, die hierin offenbarten Systeme und Verfahren in ähnlicher Weise in Szenarien, Situationen und Bedingungen eingesetzt und/oder implementiert werden können, die weit über den Rahmen der angegebenen Szenarien hinausgehen. Es ist unmittelbar ersichtlich, dass das System für die Durchführung eines Nassätzprozesses effektiv in praktisch jedem Szenario eingesetzt werden kann, in dem ein Wafer in einer Single-Wafer-Nassätzstation auf eine gewünschte Gleichmäßigkeit und Dicke der Oberfläche geätzt werden soll.

Es ist ebenfalls leicht ersichtlich, dass ein oder mehrere der in Bezug auf den Schritt zum Erzeugen eines Ätzrezepts beschrieben Schritte, die Wafer-Profile und Arm-Scan-Profile und dergleichen abändern, nicht auf Nassätzprozesse beschränkt sind. Insbesondere kann das Erzeugen eines Arm-Scan-Profils entsprechend der vorstehenden Beschreibung in praktisch jedem Szenario implementiert werden, wobei es wünschenswert ist, einen individuell angepassten Bewegungspfad für einen Arm in einer Bearbeitungsumgebung anzulegen. Zum Beispiel kann ein Arm-Scan-Profil auf im Wesentlichen gleiche Weise wie oben beschrieben erzeugt und auf Wafer-Reinigungsanwendungen angewandt werden, wobei das Arm-Scan-Profil die Angabe von Reinigungslösung auf einen Wafer steuert.

Es ist selbstverständlich, dass gleiche Kennziffern in den Zeichnungen gleiche Elemente in den verschiedenen Figuren darstellen und das nicht alle Komponenten und/oder Schritte, die mit Bezug auf die Figuren dargesteiltsind, für alle Ausführungsformen oder Anordnungen erforderlich sind.

Somit stellen veranschaulichende Ausführungsformen und Anordnungen der vorliegenden Systeme und Methoden ein System, Prozesse und Computer-implementierte Steuerverfahren, Computersysteme und Computerprogrammprodukte zum Nassätzen von Wafern bereit. Die Ablauf- und Blockdiagramme in den Figuren veranschaulichen die Architektur, den Funktionsumfang und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen und Anordnungen. In diesem Zusammenhang kann jeder Block in den Ablaufdiagrammen oder Blockdiagrammen, der sich auf ein Computer-implementiertes Verfahren bezieht, ein Modul, ein Segment oder einen Teil des Codes darstellen, und er umfasst eine oder mehrere ausführbare Anweisungen für die Implementierung der angegebenen logischen Funktion(en).

Man beachte weiter, dass bei einigen alternativen Implementierungen die in dem Block angegebenen Funktionen in anderer Reihenfolge als in den Figuren angegeben auftreten können. Beispielsweise können zwei aufeinanderfolgend gezeigte Blöcke tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können gegebenenfalls in Abhängigkeit vom jeweils einbezogenen Funktionsumfang in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass jeder Block der dargestellten Blockdiagramme und/oder Ablaufdiagramme und Kombinationen von Blöcken in den dargestellten Blockdiagrammen und/oder Ablaufdiagrammen durch spezielle hardwarebasierte Systeme implementiert werden können, die die angegebenen Funktionen oder Aktionen ausführen, oder durch Kombinationen von speziellen Hardware und Computeranweisungen.

Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck der Beschreibung besonderer Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht einschränken. Die hierin verwendeten Singularformen „ein“, „einer“, „eine“ und „der“, „die“, „das“ sollen auch den Plural einschließen, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes vorgibt. Ferner versteht es sich, dass die Begriffe „umfassen“ und/oder „umfassend“ bei Verwendung in dieser Beschreibung das Vorliegen genannter Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile angibt, aber nicht das Vorliegen oder Hinzufügen einzelner oder mehrerer weiterer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile und/oder Gruppen davon ausschließt.

Weiter dienen der hierin verwendete Satzbau und die Terminologie zum Zweck der Beschreibung, und sie sollen nicht als einschränkend angesehen werden. Die Verwendung von "einschließlich", "umfassend" oder "aufweisend", "enthaltend" und Varianten davon soll danach aufgeführte Punkte und Äquivalente davon sowie zusätzliche Elemente umfassen.

Der oben beschriebene Gegenstand ist lediglich zur Veranschaulichung bereitgestellt und soll nicht als einschränkend ausgelegt werden. Verschiedene Modifikationen und Abänderungen können am hierin beschriebenen Gegenstand vorgenommen werden, ohne sich nach den beispielhaften dargestellten Ausführungsformen und Anwendungen zu richten und ohne vom Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die in den folgenden Ansprüchen dargelegt sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Nassätzen eines Wafers mit unter einer Oberfläche des zu erzeugenden Wafers eingebetteten TSVs, um unter Verwendung eines Single-Wafer-Nassätz-Bearbeitungssystems, das eine Vielzahl von Stationen einschließt, einen bearbeiteten Wafer herzustellen, wobei jeder der TSVs um eine vorgeschriebene Offenlegungshöhe aus der Oberfläche herausragt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Messen einer anfänglichen Dicke des Wafers an einer Messstation; Ätzen der Oberfläche des Wafers an einer ersten Ätzstation gemäß einem ersten Ätzrezept und unter Verwendung eines ersten Ätzmittels, um das Wafermaterial auszudünnen und eine Schicht restlichen Wafermaterials mit einer vorgeschriebenen Restsubstrat-Materialdicke (RST) oberhalb der TSVs zu hinterlassen, wobei das erste Ätzrezept auf der gemessenen Anfangsdicke basiert; Ätzen der Oberfläche des Wafers an einer zweiten Ätzstation gemäß einem zweiten Ätzrezept unter Verwendung eines zweiten Ätzmittels, um das Wafermaterial so auszudünnen, dass ein entsprechender Teil jedes der TSVs mit der vorgeschriebenen Offenlegungshöhe von der Oberfläche verläuft; und wobei die ersten und zweiten Ätzmittel unterschiedliche chemische Zusammensetzungen umfassen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Ätzschritt ein isotroper Nassätzschritt ist und wobei der zweite Ätzschritt ein anisotroper Nassätzschritt ist und wobei das erste Ätzmittel eine Ätzrate aufweist, die mindestens zweimal schneller ist als eine Ätzrate des zweiten Ätzmittels.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Ätzrezept speziell für den Wafer auf der Grundlage der anfänglichen Dickenmessungen definiert ist und wobei das zweite Ätzrezept ein vordefiniertes Ätzrezept ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Ätzmittel nicht selektiv ist und von einem Typ, der geeignet ist, das Wafermaterial zu ätzen und einen Oxid-Liner und leitfähiges Material des TSV zu ätzen.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das zweite Ätzmittel ein hochalkalisches Ätzmittel ist, das so eingerichtet ist, dass es selektiv das Wafermaterial ätzt, wobei der Oxid-Liner und leitfähiges Material der TSVs zumindest im Wesentlichen intakt hinterlassen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Ätzrezept definiert ist, um während des zweiten Ätzschrittes unter Verwendung des zweiten Ätzmittels die Schicht des restlichen Substratmaterials oberhalb der TSVs zu entfernen und das Wafermaterial selektiv so zu entfernen, dass die entsprechenden Teile der TSVs um die vorgeschriebene Offenlegungshöhe aus der Oberfläche herausragen.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Ätzmittel ein Gemisch aus Fluorwasserstoffsäure (HF) und Salpetersäure (HN03) umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das erste Ätzmittel ausgewählt ist, um die Oberfläche des Substrats während des ersten Ätzschrittes zu glätten, und wobei es einen Salpetersäuregehalt aufweist, der geeignet ist, die Oberfläche zu glätten.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Ätzstation und die zweite Ätzstation die gleiche Ätzstation sind.
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Ätzmittel eine hohe Ätzrate aufweist und ausgewählt ist, um das Ätzen an Stellen auf der Oberfläche zu lokalisieren, auf der das erste Ätzmittel während des ersten Ätzschrittes durch eine Düse abgegeben wird.
11 .Verfahren nach Anspruch 10, wobei das erste Ätzrezept die Bewegung der Düse während des ersten Ätzschrittes steuert, wodurch bewirkt wird, dass die Düse das erste Ätzmittel selektiv auf jede einer Vielzahl von radialen Stellen abgibt und jede radiale Position um eine jeweilige Ätztiefe ausdünnt, um die Schicht des restlichen Wafermaterials mit der vorgeschriebenen RST zu hinterlassen, wobei die vorgeschriebene RST an jeder der Vielzahl von radialen Stellen im generell gleichmäßig ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, weiter Folgendes umfassend: Empfangen einer Referenzhöhe für einen oder mehrere der TSVs, der vorgeschriebenen Offenlegungshöhe und der vorgeschriebene RST durch eine Prozesssteuerung, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst, der durch Ausführen von Befehlen in Form eines Codes darin konfiguriert wird; Berechnen einer anfänglichen RST für jede der Vielzahl von radialen Stellen auf der Oberfläche des Wafers vor dem ersten Ätzschritt, wobei die anfängliche RST einer bestimmten radialen Stelle auf der Grundlage der an der betreffenden radialen Stelle gemessenen Anfangsdicke berechnet wird, und einer Referenzhöhe von einem oder mehreren der TSVs, wobei die berechneten Anfangs-RSTs der Vielzahl von radialen Stellen ungleichmäßig sind; und Erzeugen des ersten Ätzrezepts auf der Grundlage der berechneten Anfangs-RSTs und der vorgeschriebenen RST mit der Prozesssteuerung.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das erste Ätzrezept die Bewegung der Düse während des ersten Ätzschrittes steuert, um selektiv das erste Ätzmittel auf die entsprechenden radialen Stellen abzugeben und jede entsprechende radiale Position um eine jeweilige erste Ätztiefe auszudünnen, um den Wafer zu erzeugen, der die Schicht des restlichen Wafermaterials mit der vorgeschriebenen RST aufweist, die generell gleichmäßig ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Erzeugen des ersten Ätzrezeptes Folgendes umfasst: Berechnen der entsprechenden ersten Ätztiefe für jede der Vielzahl von radialen Stellen mit dem Prozessor, wobei die jeweilige erste Ätztiefe für eine bestimmte radiale Stelle auf der Grundlage der anfänglichen RST für die betreffende radiale Positionund der vorgeschriebenen RST berechnet wird; Erzeugen eines Ätzrezepts für den ersten Ätzschritt gemäß den entsprechenden ersten Ätztiefen und einer Ätzrate des ersten Ätzmittels mit dem konfigurierten Prozessor.
15. Verfahren nach Anspruch 1, weiter Folgendes umfassend: Wiederholen des Schritts der Messung der Anfangsdicke des Wafers nach dem ersten Ätzschritt; und Vergleich der neu gemessenen Anfangsdicke mit der vorgeschriebenen RST.
16. Verfahren nach Anspruch 15, weiter Folgendes umfassend: Anpassen des zweiten Ätzrezepts auf der Grundlage der neu gemessenen Anfangsdicke, falls die neu gemessene Anfangsdicke und die vorgeschriebene RST sich um mehr als einen vorgeschriebenen Betrag unterscheiden.
17. Verfahren nach Anspruch 15, weiter Folgendes umfassend: falls die neu gemessene Anfangsdicke und die vorgeschriebene RST sich um mehr als einen vorgeschriebenen Betrag unterscheiden, Anpassen des ersten Ätzrezeptes auf der Grundlage des Vergleichs; und Wiederholen des Schrittes des Ätzens des Wafers an der ersten Ätzstation.
18. Verfahren zum Nassätzen eines Wafers mit unter einer Schicht restlichen Substratmaterials eingebetteten, mit Leitern gefüllten TSVs, um unter Verwendung eines Single-Wafer-Nassätz-Bearbeitungssystems, das eine Vielzahl von Stationen einschließt, einen bearbeiteten Wafer herzustellen, wobei mindestens ein entsprechender Abschnitt der TSVs um eine vorgeschriebene Offenlegungshöhe aus einer Oberfläche des Wafers herausragt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Referenzhöhe für einen oder mehrere der TSVs, der vorgeschriebenen Offenlegungshöhe und einer vorgeschriebene Restsubstrat-Materialdicke (RST) an einer Prozesssteuerung mit einem Speicher und einem Prozessor, der durch Ausführen von Anweisungen in Form eines Codes darin konfiguriert wird, wobei die vorgeschriebene RST ein Maß für die Zieldicke der Schicht des restlichen Wafermaterials an jeder der Vielzahl von radialen Stellen nach einem ersten Ätzschritt ist; Messen einer anfänglichen Dicke des Wafers an einer Messstation; Berechnen einer entsprechenden ersten Ätztiefe für jede der Vielzahl von radialen Stellen durch die Prozesssteuerung, wobei die entsprechende erste Ätztiefe für eine bestimmte radiale Position die Menge an Material ist, die an der betreffenden radialen Stelle während des ersten Ätzschrittes entfernt werden soll, und wobei dies eine Funktion der gemessenen Anfangsdicke der betreffenden radialen Position, der Referenzhöhe eines oder mehrerer der TSVs und der vorgeschriebenen RST ist, und wobei die entsprechenden ersten Ätztiefen ungleichmäßig sind; Erzeugen eines ersten Ätzrezepts auf der Grundlage der berechneten jeweiligen ersten Ätztiefen mit der Prozesssteuerung, wobei das erste Ätzrezept die Bewegung einer Düse während des ersten Ätzschrittes steuert, wodurch bewirkt wird, dass die Düse selektiv ein erstes Ätzmittel auf jede der Vielzahl radialen Stellen abgibt, wodurch der Wafer an jeder radialen Stelle um die entsprechenden ersten Ätztiefen ausgedünnt wird; Ätzen der Oberfläche des Wafers entsprechend dem ersten Ätzrezept und unter Verwendung des ersten Ätzmittels an einer ersten Ätzstation; Ätzen der Oberfläche des Wafers an einer zweiten Ätzstation gemäß einem zweiten Ätzrezept unter Verwendung eines zweiten Ätzmittels, um das Wafermaterial so auszudünnen, dass entsprechende Abschnitte von jedem der TSVs mit der vorgeschriebenen Offenlegungshöhe von der Oberfläche aus verlaufen; und wobei die ersten und zweiten Ätzmittel unterschiedliche chemische Zusammensetzungen umfassen.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei jede radiale Position eine ringförmige Fläche auf der Oberfläche des Wafers ist, die die Mitte in einem gegebenen radialen Abstand oder Bereich von radialen Abständen von der Mitte umgibt.
20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der erste Ätzschritt ein isotroper Nassätzschritt ist und wobei der zweite Ätzschritt ein anisotroper Nassätzschritt ist und wobei das erste Ätzmittel eine wesentlich höhere Ätzrate aufweist als das zweite Ätzmittel.
21 .Verfahren nach Anspruch 18, wobei das zweite Ätzrezept ein vordefiniertes Ätzrezept ist.
22. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das erste Ätzmittel nicht selektiv ist und von einem Typ, der geeignet ist, das Wafermaterial zu ätzen und einen Oxid-Liner und leitfähiges Material eines TSV zu ätzen.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das zweite Ätzmittel ein hochalkalisches Ätzmittel ist, das so ausgewählt ist, dass es selektiv das Wafermaterial ätzt, wobei der Oxid-Liner und leitfähiges Material der TSVs zumindest im Wesentlichen intakt hinterlassen werden.
24. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das zweite Ätzrezept definiert ist, um während des zweiten Ätzschrittes unter Verwendung des zweiten Ätzmittels die Schicht des restlichen Substratmaterials oberhalb der TSVs zu entfernen und das Wafermaterial um die TSVs selektiv so zu entfernen, dass die entsprechenden Teile der TSVs die vorgeschriebene Offenlegungshöhe aufweisen.
25. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das erste Ätzmittel ein Gemisch aus Fluorwasserstoffsäure (HF) und Salpetersäure (HNO3) umfasst.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das erste Ätzmittel ausgewählt ist, um die Oberfläche des Substrats während des ersten Ätzschritts zu glätten, und wobei es einen Salpetersäuregehalt aufweist, der geeignet ist, die Oberfläche zu glätten.
27. Verfahren nach 18, wobei das erste Ätzmittel eine Ätzrate aufweist, die geeignet ist, um das Ätzen an Stellen auf der Oberfläche zu lokalisieren, auf die das erste Ätzmittel während des ersten Ätzschrittes durch die Düse direkt abgegeben wird.
28. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Bewegung der Düse während des ersten Ätzschrittes durch das Ätzrezept gesteuert bewirkt, dass die Düse selektiv eine entsprechende Menge des ersten Ätzmittels auf jede der Vielzahl von radialen Stellen abgibt.
29. Verfahren nach Anspruch 18, weiter Folgendes umfassend: Bestimmen einer anfänglichen RST jeder der Vielzahl von radialen Stellen auf der Oberfläche des Wafers mit dem Prozessor, wobei die anfängliche RST einer bestimmten radialen Position auf der Grundlage der an der entsprechenden radialen Position gemessenen Anfangsdicke und der Referenzhöhe von einem oder mehreren der TSVs berechnet wird und wobei die berechneten Anfangs-RSTs ungleichmäßig sind; und wobei die jeweilige erste Ätztiefe für eine bestimmte radiale Stelle auf der Grundlage der berechneten Anfangs-RSTs für die betreffende radiale Position und der vorgeschriebenen RST berechnet wird.
30. Verfahren nach Anspruch 18, weiter Folgendes umfassend: Wiederholen des Schritts der Messung der Anfangsdicke des Wafers nach dem ersten Ätzschritt; und Vergleich der neu gemessenen anfänglichen Dicke mit der vorgeschriebenen RST mit dem Prozessor.
31. Verfahren nach Anspruch 30, weiter Folgendes umfassend: Anpassen des zweiten Ätzrezepts auf der Grundlage der neu gemessenen Anfangsdicke mit dem Prozessor, falls die neu gemessene Anfangsdicke und die vorgeschriebene RST sich um mehr als einen vorgeschriebenen Betrag unterscheiden.
32. Verfahren nach Anspruch 30, weiter Folgendes umfassend: falls die neu gemessene Anfangsdicke und die vorgeschriebene RST sich um mehr als einen vorgeschriebenen Betrag unterscheiden, Anpassen des ersten Ätzrezeptes auf der Grundlage des Vergleichs; und Wiederholen des Schrittes des Ätzens des Wafers an der ersten Ätzstation.
33. Verfahren zum Nassätzen eines Wafers unter Verwendung eines Single-Wafer-Nassätz-Bearbeitungssystems, das eine Vielzahl von Stationen zum Herstellen eines Wafers mit abschließendem Waferdicke-Zielprofil einschließt, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen an einer Prozesssteuerung, die einen Speicher und einen Prozessor einschließt, konfiguriert durch Ausführen von Anweisungen in Form von Code darin, von Wafer-Profildaten einschließlich eines vorgeschriebenen Atz-Offsets und eines abschließenden Waferdicke-Zielprofils, das einen abschließenden Zieldicke-Parameter für jede einer Vielzahl von radialen Positionen auf einer Oberfläche des Wafers nach dem zweiten Ätzschritt definiert; Messung einer anfänglichen Dicke des Wafers an einer Vielzahl von Punkten über der Oberfläche des Wafers an einer Messstation; unter Verwendung des konfigurierten Prozessors, Berechnen eines ersten Ätzprofils gemäß dem Atz-Offset, dem abschließenden Waferdicke-Zielparameter jeder radialen Position und der gemessenen anfänglichen Dicke jeder radialen Position; unter Verwendung des konfigurierten Prozessors, Erzeugen eines Ätzrezepts für den ersten Ätzschritt gemäß dem ersten Ätzprofil; Ätzen des Wafers mit einem ersten Ätzmittel, das eine erste Ätzrate aufweist, wobei der Wafer gemäß dem ersten Ätzrezept geätzt wird; Messen einer Dicke des Wafers nach dem Ätzen bei einer Vielzahl von Punkten über dem Wafer an der Messstation; Bestimmen mit der konfigurierten Prozessor, dass die Dicke des Wafers nach dem Ätzen dem abschließenden Waferdickenprofil entspricht; Ätzen des Wafers mit einem zweiten Ätzmittel, das eine zweite Ätzrate aufweist, wobei der Wafer gemäß einem zweiten Ätzrezept geätzt wird; wobei die ersten und zweiten Ätzmittel unterschiedliche chemische Zusammensetzungen umfassen.
34. Verfahren nach Anspruch 33, weiter Folgendes umfassend: Erzeugen des zweiten Ätzprofils als Funktion des abschließenden Waferdicke-Parameters und der gemessenen Ätzdicke an jeder der radialen Positionen unter Verwendung des konfigurierten Prozessors; Erzeugen des zweiten Ätzrezepts für den zweiten Ätzschritt gemäß dem zweiten Ätzprofil unter Verwendung des konfigurierten Prozessors; Messen einer abschließenden Waferdicke an einer Vielzahl von Punkten über dem Wafer an der Messstation nach dem zweiten Ätzschritt; und Bestimmen, dass die gemessene abschließende Waferdicke von jeder der radialen Positionen in einem vorgeschriebenen Maße dem abschließenden Waferdickenprofil entspricht, unter Verwendung des konfigurierten Prozessors.
35. Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Messen einer Dicke des Substrats optisches Scannen der Oberfläche des Substrats an jeder der radialen Positionen und Aufzeichnung der gemessenen Dicke von jeder der radialen Stellen umfasst.
36. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Waferprofildaten eine Referenzhöhe eines oder mehrerer TSVs einschließt, die unter einer Schicht aus restlichem Substratmaterial eingebettet sind, und wobei der abschließende Dicke-Parameter eine vorgeschriebene Offenlegungshöhe der TSVs nach dem zweiten Ätzschritt ist und wobei der Ätz-Offset eine Differenz zwischen einer Dicke einer entsprechenden radialen Position des Wafers nach dem ersten Ätzschritt und einem oder mehreren der folgenden Elemente definiert: Bezugshöhe eines oder mehrerer TSVs an einer entsprechenden radialen Position und abschließender Dicke-Parameter.
37. Verfahren nach Anspruch 36, weiter Folgendes umfassend: wobei das Erzeugen des ersten Ätzprofils Folgendes einschließt: Berechnen einer ersten Ätztiefe für jede der radialen Positionen, wobei die erste Ätztiefe für eine entsprechende radiale Position die Differenz zwischen der anfänglichen an der betreffenden radialen Position gemessenen Dicke und einer Ziel-Dicke der entsprechenden radialen Position nach dem ersten Ätzschritt ist.
38. Verfahren nach Anspruch 36, weiter Folgendes umfassend: Bestimmen eines Dickenschwankungs-Merkmals des Wafers, basierend auf der gemessenen anfänglichen Dicke und der Ziel-Dicke des Wafers an jeder radialen Position, mit dem Prozessor; und wobei das Erzeugen eines ersten Ätzrezepts Folgendes einschließt: Berechnen einer ersten Ätzzeit in Abhängigkeit von den entsprechenden Ätztiefen und der ersten Ätzrate für das erste Ätzmittel, die während des ersten Ätzschritts verwendet werden; Auswahl eines Ätzrezepts aus einer Datenbank von Ätzrezepten auf der Basis der Dickenschwankungs-Eigenschaft; und Anpassen des ausgewählten Ätzrezepts gemäß der berechneten Ätzzeit.
39. Verfahren nach Anspruch 38, wobei das Dickenschwankungs-Merkmal eines oder mehrere der folgenden Elemente umfasst: gleichmäßig, Rand schwer, Rand leicht, Mitte schwer und Mitte leicht.
40. Verfahren nach Anspruch 38, wobei das Erzeugen eines Ätzrezepts weiter Folgendes umfasst: Erzeugen eines Arm-Scan-Profils basierend auf dem Ätzprofil.
41 .Verfahren nach Anspruch 40, wobei das Erzeugen eines Arm-Scan-Profils weiter Folgendes umfasst: Festlegen eines Arm-Scan-Pfads, der die Bewegung der Düse während des Ätzens steuert, um die Düse zu veranlassen, ein Ätzmittel selektiv auf jeder der Vielzahl radialer Positionen abzugeben; und Definieren einer Arm-Scan-Geschwindigkeit an jeder der Vielzahl der radialen Positionen als Funktion der Ätztiefe an entsprechenden radialen Positionen, wobei der Arm-Scan-Pfad, die Arm-Scan-Geschwindigkeit und die Ätzzeit die Menge des Ätzmittels steuern, die beim Ätzen auf jede der Vielzahl von radialen Positionen abgegeben wird.
42. Verfahren nach Anspruch 38, weiter umfassend das Anzeigen der Wafer-Profildaten unter Verwendung des konfigurierten Prozessors auf einem Display und das Anzeigen einer grafischen Darstellung der gemessenen anfänglichen Dicke, der Referenzhöhe von einem oder mehreren TSVs, der Summe der VIA-Höhe und des Ätz-Offsets und des abschließenden Waferdicke-Zielprofils für jede entsprechende radiale Position des Wafers.
43. Verfahren nach Anspruch 38, weiter Folgendes umfassend: Anpassen der ersten Ätzrate gemäß einem Algorithmus, der eine Funktion der ersten Ätzzeit, eines Durchschnitts der gemessenen anfänglichen Waferdicke und eines Durchschnitts der gemessenen Dicke nach dem Ätzen ist, unter Verwendung des konfigurierten Prozessors.
44. Verfahren nach Anspruch 38, wobei das erste Ätzrezept besser angepasst wird gemäß einem Algorithmus, der eine Funktion der gemessenen Dicke nach dem Ätzen eines zuvor bearbeiteten Wafers und der gemessenen anfänglichen Dicke der zuvor bearbeiteten Wafer ist.
45. Verfahren nach Anspruch 33, weiter Folgendes umfassend: Messen einer abschließenden Dicke des Wafers an einer Vielzahl von Punkten über dem Wafer an der Messstation; wobei das zweite Ätzprofil für den Wafer nach einem Algorithmus besser angepasst wird, der eine Funktion der gemessenen Dicke nach dem Ätzen eines zuvor bearbeiteten Wafers und der gemessenen abschließenden Dicke des zuvor bearbeiteten Wafers ist.
46. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Schritte des Ätzens des Wafers Folgendes umfassen: Abgabe eines chemischen Ätzmittels auf die Oberfläche des Wafers nach einem entsprechenden Ätzrezept durch eine Single-Wafer-Nassätz-Einrichtung, die an der Ätzstation angeordnet ist.
47. Verfahren nach Anspruch 37, weiter Folgendes umfassend: falls die gemessene Dicke des Wafers nach dem Ätzen nicht dem abschließenden Waferdicke-Zielprofil entspricht, Neuberechnen der ersten Ätztiefe basierend auf der gemessenen Dicke nach dem Ätzen und der Zieldicke der entsprechenden radialen Position nach dem ersten Ätzschritt; Erzeugen eines aktualisierten ersten Ätzrezepts; und erneutes Ätzen des Wafers gemäß dem aktualisierten ersten Ätzrezept.
48. Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Ätzrezept ein Arm-Scan-Profil einschließt, wobei das Arm-Scan-Profil die Bewegung des Arms während des ersten Ätzschritts steuert und eine Düse veranlasst, selektiv ein erstes Ätzmittel auf jede der Vielzahl radialer Positionen abzugeben, wodurch der Wafer an jeder radialen Position selektiv ausgedünnt wird, und weiter Folgendes umfassend: Anzeigen einer interaktiven grafischen Darstellung des Arm-Scan-Profils durch den Prozessor auf einem Display, wobei das Arm-Scan-Profil als ein Diagramm dargestellt wird, das eine Vielzahl von Punkten einschließt, die einen ersten Wert auf einer ersten Achse haben, der einem dazugehörigen Parameter der radialen Position entspricht, und einen zweiten auf einer zweiten Achse, der einem dazugehörigen Arm-Scan-Geschwindigkeitsparameter an der betreffenden radialen Position entspricht; Empfangen einer Benutzerinteraktion mit einem bestimmten Punkt auf der grafischen Darstellung des Arm-Scan-Profils am Prozessor, wobei die Interaktion des Benutzers eine Manipulation von mindestens dem ersten Wert und/oder mindestens dem zweiten Wert einschließt; Aktualisieren von mindestens dem entsprechenden Parameter der radialen Position und/oder mindestens dem Arm-Scan-Geschwindigkeitsparameter im Arm-Scan-Profil mit dem Prozessor entsprechend der Manipulation von mindestens dem ersten Wert und/oder mindestens dem zweiten Wert; und wobei der Wafer geätzt wird unter Verwendung der Single-Wafer-Nassätzvorrichtung gemäß dem aktualisierten Arm-Scan-Profil.
49. Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Arm-Scan-Profil die Düse veranlasst, selektiv eine entsprechende Menge des ersten Ätzmittels auf die Vielzahl der radialen Positionen abzugeben, wobei die entsprechende Menge des an einer bestimmten radialen Position abgegebenen ersten Ätzmittels eine Funktion des dazugehörigen Arm-Scan-Geschwindigkeitsparameters ist.