DE102008049774B4 - Prozessanlage und Verfahren zur prozessinternen Überwachung der Metallkontamination während der Bearbeitung von Mikrostrukturen - Google Patents

Prozessanlage und Verfahren zur prozessinternen Überwachung der Metallkontamination während der Bearbeitung von Mikrostrukturen Download PDF

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Abstract

Prozessanlage mit: einer Prozesskammer, die ausgebildet ist, ein Substrat zur Herstellung von Mikrostrukturbauelementen zu empfangen und in Position zu halten, wobei die Prozesskammer ferner ausgebildet ist, eine chemisch reaktive Prozessumgebung auf der Grundlage einer oder mehrerer Prozessflüssigkeiten einzurichten; einer Sensoreinrichtung, die angeordnet ist, um eine Metallkontamination in der Prozessumgebung und/oder einem Vorstufenmaterial, das zum Einrichten der Prozessumgebung verwendet wird, zu erfassen; und einer Steuereinheit, die mit der Sensoreinrichtung verbunden und ausgebildet ist, eine Angabe bereitzustellen, die mit dem Grad an Metallkontamination der Prozessumgebung und/oder des Vorstufenmaterials korreliert ist.

Description

  • Gebiet der vorliegenden Offenbarung
  • Im Allgemeinen betrifft vorliegende Offenbarung das Gebiet der Herstellung von Mikrostrukturelementen und betrifft insbesondere Techniken zur Verbesserung der Produktausbeute durch Verringern der Defektrate, die durch Metallkontamination in den diversen Prozessstadien während der Herstellung komplexer Mikrostrukturen, etwa integrierter Schaltungen und dergleichen, hervorgerufen wird.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Der heutige globale Markt zwingt Hersteller von Massenprodukten dazu, diese bei hoher Qualität und geringem Preis anzubieten. Es ist daher wichtig, die Ausbeute und die Prozesseffizienz zu verbessern, um damit die Herstellungskosten zu minimieren. Dies gilt insbesondere auf dem Gebiet der Herstellung von Mikrostrukturen, die eine komplexe Struktur besitzen, etwa moderne integrierte Schaltungen, da es hier wesentlich ist, modernste Technologie mit Massenproduktionstechniken zu kombinieren. Es ist daher das Ziel der Hersteller von Mikrostrukturen, den Verbrauch von Rohmaterialien und Verbrauchsmaterialien zu verringern, während gleichzeitig die Prozessanlagenauslastung verbessert wird. Der zuletzt genannte Aspekt ist besonders wichtig, da in modernen Halbleiterfertigungsstätten Anlagen erforderlich sind, die sehr kostenintensiv sind und den wesentlichen Teil der gesamten Produktionskosten repräsentieren. Folglich führt eine hohe Anlagenauslastung in Verbindung mit einer hohen Produktausbeute, d. h. mit einem großen Verhältnis von Bauteilen mit guter Qualität zu fehlerhaften Bauteilen, zu einer erhöhten Rentabilität.
  • Komplexe Mikrostrukturen, etwa integrierte Schaltungen, werden typischerweise in automatisierten oder halbautomatisierten Fertigungsstätten hergestellt, wobei sie eine sehr große Anzahl an Prozess- und Messschritten bis zur Fertigstellung des Bauelements durchlaufen. Die Anzahl und die Art der Prozessschritte und Messschritte, die ein Halbleiterbauelement zu durchlaufen hat, hängt von den Gegebenheiten des herzustellenden Bauelements ab. Beispielsweise enthält ein typischer Prozessablauf für eine integrierte Schaltung, die als ein repräsentatives Bauelement einer komplexen Mikrostruktur betrachtet werden kann, mehrere Photolithographieschritte, um ein Schaltungsmuster für eine spezielle Bauteilschicht in eine Lackschicht abzubilden, die nachfolgend strukturiert wird, um eine Lackmaske herzustellen, die in weiteren Prozessen zur Herstellung von Bauteilstrukturelementen in der betrachteten Bauteilschicht verwendet wird, beispielsweise für das Ätzen, Implantieren, Abscheiden, Polierprozesse und dergleichen. Somit wird Schicht auf Schicht eine Vielzahl an Prozessschritten auf der Grundlage eines speziellen lithographischen Maskensatzes für die diversen Ebenen des spezifizierten Bauelements durchgeführt. Z. B. erfordert eine moderne CPU mehrere 100 Prozessschritte, wovon jeder innerhalb spezifizierter Prozessgrenzen auszuführen ist, um die Spezifikationen für das betrachtete Bauelement zu erfüllen. Da viele dieser Prozesse sehr kritisch sind, muss eine Vielzahl an Messschritten ausgeführt werden, um in effizienter Weise den Prozessablauf zu steuern. Typische Messprozesse beinhalten die Messung der Schichtdicke, das Bestimmen von Abmessungen kritischer Strukturelemente, etwa der Gatelänge von Transistoren, das Messen von Dotierstoffprofilen, das Messen der Anzahl, der Größe und der Art von Defekten und schließlich der elektrischen Eigenschaften, die den Beitrag der Vielzahl von Prozessstufen repräsentieren, und die schließlich darüber entscheiden, ob ein Bauelement ein funktionsmäßiges Bauelement oder ein fehlerhaftes Bauelement ist.
  • In einer Halbleiterfertigungsstätte werden typischerweise mehrere unterschiedliche Produktarten gleichzeitig bearbeitet, etwa Speicherchips mit unterschiedlichem Aufbau und Speicherkapazität, CPU's mit unterschiedlichem Aufbau und Arbeitsgeschwindigkeit und dergleichen, wobei die Anzahl unterschiedlicher Produktarten 100 oder mehr in Produktionsstätten für die Herstellung von ASIC's (anwendungsspezifische IC's) erreichen kann. Da jeder der unterschiedlichen Produktarten einen speziellen Prozessablauf erfordert, sind unterschiedliche Maskensätze für die Lithographie, spezielle Einstellungen in den diversen Prozessanlagen, etwa Abscheideanlagen, Ätzanlagen, Implantationsanlagen, CMP (chemisch-mechanische Polier-)Anlagen, Messanlagen und dergleichen erforderlich. Folglich kann der Prozessablauf in der Fertigungsstätte äußerst komplex sein, da viele Wiederholprozesse, d. h. Prozesse mit wiederholter Anwendung der gleichen Prozessanlagen während unterschiedlicher Fertigungsphasen einer speziellen Produktart, und viele vorhersehbare und nicht vorhersehbare Ereignisse während der Fertigungsprozesse und den diversen Messprozessen auftreten.
  • Auf Grund der zunehmenden Verringerung der Strukturgrößen der Schaltungselemente, etwa der Gatelänge von Feldeffekttransistoren und dergleichen, müssen eine Vielzahl von genauer festgelegten Prozessgrenzen und Spezifikationen während des komplexen Fertigungsprozesses erfüllt werden, um die erforderliche Funktionsfähigkeit, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit der endgültigen Halbleiterbauelemente zu erreichen. Eine deutliche Abweichung von diesen präzise festgelegten Spezifikation, was durch eine beliebige Art an Prozessschwankungen, Kontaminationen und dergleichen hervorgerufen werden kann, besitzt einen direkten Einfluss auf die schließlich erreichten Bauteilparameter, etwa das Gesamtleistungsverhalten von Schaltungselementen, die Zeitdauer bis zum elektrischen Durchschlag, Fehler, die durch Elektromigration hervorgerufen werden, und dergleichen. Beispielsweise sind Metallkontaminationen, die in entsprechenden dielektrischen und/oder halbleitenden Bereichen von Halbleiterbauelementen erzeugt werden, schon während früherer Jahre in der mikroelektronischen Industrie ein Problem. Beispielsweise führt die Anwesenheit von Metallkontaminationen in Halbleiterbereichen zu zusätzlichen elektronischen Zuständen in der Bandlücke des entsprechenden Halbleitermaterials, wodurch beispielsweise die Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern verringert wird, und dergleichen. Des weiteren kann der Einbau von Metallkontaminationsstoffen in empfindliche dielektrische Bereiche, etwa dielektrische Gatematerialien, das dielektrische Verhalten dieser Materialien beträchtlich verändern, wodurch zu größeren Lackströmen beigetragen wird. Entsprechende Auswirkungen sind noch stärker ausgeprägt in modernsten Halbleiterbauelementen, in denen entsprechende dielektrische Materialien die physikalischen Grenzen erreichen, wobei lediglich einige wenige Atomschichten für anspruchsvolle dielektrische Materialien vorgesehen sind. In ähnlicher Weise führt der Einbau unerwünschter Metallsorten in dotierte Halbleiterbereiche zu einem modifizierten pn-Übergangsverhalten, wodurch ebenfalls zu erhöhten Diodenleckströmen beigetragen wird, die wiederum zu dynamischen und statischen Leckströmen beitragen. Aus diesem Grunde werden große Anstrengungen unternommen, um den Grad der Metallkontamination über den gesamten Fertigungsprozessablauf hinweg zu überwachen, insbesondere wenn gut leitende Metalle, etwa Kupfer, zunehmend in modernen Halbleiterbauelementen eingesetzt werden. Bekanntlich diffundiert Kupfer effizient in einer Vielzahl von dielektrischen Materialien, etwa Siliziumdioxid und dergleichen, und auch in Silizium, wobei selbst geringe Mengen an Kupfer einen wesentlichen Einfluss auf das gesamte Leistungsverhalten des Bauelements ausüben, wie zuvor erläutert ist.
  • Die Problematik der Metallkontamination wird weiter verschlimmert durch die Tatsache, dass Prozessanlagen, etwa Prozessanlagen zum Ausführen nasschemischer Behandlungen, etwa dem Ätzen, der Lackentfernung und dergleichen, während diverser Phasen des gesamten Prozessablaufs im Hinblick auf eine Besserung der gesamten Prozessanlagenauslastung verwendet werden, wie dies zuvor erläutert ist Beispielsweise müssen während vieler Phasen des gesamten Fertigungsablaufs Lackmaterialien aufgebracht, strukturiert und als Maske für Ätzprozesse, Implantationsprozesse und dergleichen verwendet werden, wobei ein nachfolgendes Entfernen der Lackmaske auf der Grundlage plasmagestützter oder nasschemischer Ätzprozesse bewerkstelligt wird. In ähnlicher Weise müssen in vielen Phasen des gesamten Prozessablaufs anspruchsvolle Reinigungsprozesse, beispielsweise zum Entfernen von organischen Kontaminationsstoffen, Teilchen und dergleichen, ausgeführt werden, etwa auf der Grundlage nasschemischer Behandlungen, während in anderen Fallen Oberflächenbereiche der Substrate auf der Grundlage nasschemischer Ätzchemien zu strukturieren sind. Auch in diesem Falle wird die gleiche Prozessanlage während sehr unterschiedlicher Phasen in dem gesamten Fertigungsablauf eingesetzt, wodurch zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit zum Einführen unerwünschter Metallsorten in die entsprechenden Prozesskammern und/oder Prozessflüssigkeiten, die zum Einrichten der geeigneten Prozessumgebung verwendet werden, beigetragen wird. Um den Status der diversen Prozessanlagen und auch der in diesen Anlagen zu bearbeitenden Substrate zu überwachen, werden entsprechende Messungen regelmäßig ausgeführt, um Metallsorten zu erfassen, die in den diversen Prozesskammern und Prozessflüssigkeiten vorhanden sind. Zu diesem Zweck wurden anspruchsvolle Überwachungstechniken entwickelt, etwa TXRF (Röntgenstrahlfluoreszenz mit Totalreflektion), ICMS (induktiv gekoppelte Massenspektrometrie) und dergleichen. Beispielsweise wird in einem TXRF-Messprozess ein glatter Oberflächenbereich eines Testsubstrats der Einwirkung eines sondierenden Röntgenstrahls ausgesetzt, der unter einem kleinem Winkel einfällt, woraus sich im Wesentlichen eine Totalreflektion des eintreffenden Strahls ergibt. Andererseits werden Atome in der Nahe der Oberfläche durch den Röntgenstrahl angeregt, wodurch eine entsprechende Sekundärstrahlung hervorgerufen wird, die von einem Halbleiterdetektor erfasst wird, wodurch charakteristische Spektren ermöglicht werden, die das Erkennen der Art und der Menge von charakteristischen Metallsorten ermöglichen. Um die Empfindlichkeit dieser Messtechnik weiter zu erhöhen, wird die Probenoberfläche in geeigneter Weise durch Dampfphasenverlegung aufbereitet, in der die Probenoberfläche auf der Grundlage von Flusssäure behandelt wird, wodurch Oberflächenoxid der Probenscheibe zusammen mit entsprechenden Metallkontaminationsstoffen aufgelöst wird. Die resultierenden Tröpfchen, die auf der Probenoberfläche kondensieren, werden dann weiter durch TXRF analysiert, wodurch eine bessere Empfindlichkeit erreicht wird. In anderen Fällen werden die resultierenden Tröpfchen verdampft und werden mittels Spektrometrie analysiert, wobei eine noch bessere Empfindlichkeit erreicht wird, während jedoch der Aufwand im Hinblick auf das Reparieren der Probe und das Vorbereiten der gesamten Messprozedur im Vergleich zu den oben erläuterten Röntgenstrahlmesstechniken erhöht ist Auf diese Weise kann ein Überblick über die verschiedenen Metalle, etwa Kadmium, Cer, Aluminium, Blei, Kupfer und dergleichen für die entsprechenden Prozessflüssigkeiten, die in den Prozessanlagen eingesetzt werden, erhalten werden. Für das Ermitteln relativer Messergebnisse in Bezug auf die Metallkontamination erfordert die Dampfphasenzerlegung in Verbindung mit dem nachfolgenden eigentlichen Analysevorgang einen hohen Aufwand im Hinblick auf eine Verzögerung zur Ermittlung der Messergebnisse und auch im Hinblick auf die Herstellungskosten auf Grund des Erfordernisses für Probenscheiben und hinsichtlich eines großen Aufwandes auf Seite der Prozessingenieure.
  • Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung Systeme und Techniken, in denen die Metallkontamination in Prozessanlagen effizient überwacht wird, während eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in der Auswirkung verringert wird.
  • Überblick über die Offenbarung
  • Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung Techniken und Systeme, in denen Information in Bezug auf die Metallkontamination von Prozessanlagen, die für die Herstellung von Mikrostrukturbauelementen, etwa Halbleiterbauelementen, eingesetzt werden, „insitu” bzw. Prozesse gewonnen wird, indem ein anlageninternes Sensorsystem bereitgestellt wird. D. h., in anschaulichen hierin offenbarten Aspekten wird ein geeignet gestaltetes Sensorsystem oder zumindest ein entsprechendes Sensorbauelement oder ein empfindlicher Bereich davon so angeordnet, dass eine Prozessumgebung und/oder eine entsprechende Prozessflüssigkeit oder ein anderes Vorstufenmaterial, etwa Prozessgase, die zum Einrichten der Prozessumgebung verwendet werden, so verwendet werden, dass diese mit dem Sensorsystem oder einem Bereich davon in Wechselwirkung treten, um damit eine geeignete Reaktion zu erhalten, die das Ausmaß der Metallkontamination angibt. Beispielsweise werden eine oder mehrere Prozessflüssigkeiten, die in Prozessanlagen eingesetzt werden, die zur Bearbeitung von Mikrostrukturbauelementen oder Halbleiterbauelementen ausgebildet sind, auf der Grundlage eines anlageninternen Sensorsystems überwacht, indem eine Änderung beispielsweise der Induktivität, der Kapazität und dergleichen erfasst wird, die durch eine entsprechende Änderung der Menge an Metallsorten gerufen wird, die in den entsprechenden Prozessflüssigkeiten enthalten sind. In anderen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten werden andere moderat schnelle Analysetechniken in Verbindung mit dem anlageninternen Sensorsystem bereitgestellt, wodurch ebenfalls die Möglichkeit geschaffen wird, Information im Hinblick auf die Metallkontamination mit einer geringeren zeitlichen Verzögerung und deutlich geringerem Aufwand im Hinblick auf die beteiligten Fachleute zu erzeugen.
  • Eine anschauliche hierin offenbarte Prozessanlage umfasst eine Prozesskammer, die ausgebildet ist, ein Substrat zur Herstellung von Mikrostrukturbauelementen in Position zu halten, wobei die Prozesskammer ferner ausgebildet ist, eine chemische reaktive Prozessumgebung zu erzeugen. Die Prozessanlage umfasst ferner eine Sensoreinrichtung, die so positioniert ist, dass eine Metallkontamination in der Prozessumgebung und/oder in einem Vorstufenmaterial, das zum Einrichten der Prozessumgebung verwendet wird, erfasst wird. Schließlich umfasst die Prozessanlage ferner eine Steuereinheit, die mit der Sensoreinrichtung verbunden und ausgebildet ist, eine Anlage bereitzustellen, die mit einem Grad an Metallkontamination der Prozessumgebung und/oder des Vorstufenmaterials korreliert ist.
  • Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren betrifft das Überwachen der Metallkontamination in einer Halbleiterprozessanlage. Das Verfahren umfasst das Aussetzen einer Sensoreinrichtung in der Halbleiterprozessanlage der Einwirkung einer Prozessumgebung und/oder einer oder mehreren Prozessfluiden, die zum Einrichten der Prozessumgebung verwendet werden. Des weiteren umfasst das Verfahren das Gewinnen eines Sensorssignals von der Sensoreinrichtung, wobei das Sensorsignal einen Grad an Metallkontamination der Prozessumgebung und/oder der einen oder der mehreren Prozessfluide angibt. Ferner wird der Grad an Metallkontamination auf der Grundlage des Sensorsignals angegeben.
  • Ein noch weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bearbeiten mehrerer Substrate in einer Prozessanlage, die in einer Fertigungsumgebung vorgesehen ist, die ausgebildet ist, Mikrostrukturbauelemente über den mehreren Substraten herzustellen. Des weiteren umfasst das Verfahren das Erhalten von Prozessstatusinformation aus der Prozessanlage von einem anlageninternen Sensorsystem, wobei die Prozessstatusinformation mit einem Grad an Metallkontamination der mehreren Substrate, die durch die Prozessanlage hervorgerufen wird, korreliert ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
  • 1a schematisch eine Prozessanlage zum Bearbeiten von Mikrostrukturbauelementen, etwa Halbleiterbauelementen zeigt, wobei ein in-situ-Sensorsystem bzw. ein anlageninternes Sensorsystem zum Erhalten von Information über der Metallkontamination in der Prozessanlage gemäß anschaulicher Ausführungsformen vorgesehen ist;
  • 1b schematisch die Prozessanlage mit einer in-situ-Sensoreinrichtung zeigt, die ausgebildet ist, eine Frequenzantwort in Abhängigkeit des Grades an Metallkontamination zu ändern, beispielsweise durch Ändern einer Kapazität gemäß anschaulicher Ausführungsformen;
  • 1c schematisch die Prozessanlage zeigt, in der das in-situ-Sensorsystem ein variables induktives Element zum Erhalten einer Frequenzantwort in Abhängigkeit von dem Grad der Metallkontamination gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen aufweist;
  • 1d schematisch. die Prozessanlage gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen zeigt, in denen eine Sensoroberfläche so positioniert ist, dass diese mit einer Prozessumgebung in Wechselwirkung tritt, um Information über den Grad an Metallkontamination zu erhalten;
  • 1e schematisch die Prozessanlage zeigt, in der die in-situ-Sensoreinrichtung eine Sensoroberfläche aufweist, die von einem Röntgenstrahl gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen sondiert wird; und
  • 1f schematisch einen Graphen darstellt, der die Antwort eines in-situ-Sensorsystems über eine ausgedehnte Prozesszeitdauer gemäß anschaulicher Ausführungsformen repräsentiert.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Obwohl die vorliegende Offenbarung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte beachtet werden, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Offenbarung auf die speziellen anschaulichen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die angefügten Patentansprüche dar.
  • Im Allgemeinen stellt der hierin offenbarte Gegenstand Systeme und Verfahren bereit, um Information über den Grad an Metallkontamination während der Bearbeitung von Substraten für die Herstellung von Mikrostrukturbauelementen in sehr effizienter Weise bereitzustellen, indem ein Sensorsystem oder zumindest eine Sensoreinrichtung innerhalb einer Prozessanlage vorgesehen wird. Für diesen Zweck wird eine Sensoreinrichtung oder zumindest ein Teil davon so positioniert, dass eine Wechselwirkung mit der Prozessumgebung in der Prozessanlage, etwa einer nasschemischen Prozessumgebung, einer plasmaunterstützten Gasprozessumgebung und dergleichen, stattfindet, beispielsweise während der Bearbeitung von Substraten oder zumindest während eines speziellen Anlagenzustands, um damit Information über den Grad an Metallkontamination mit einer geringeren Verzögerung und unter einer geringeren Mitwirkung eines Bedieners bereitzustellen, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, den Kontaminationszustand der Prozessanlage mit einer gewünschten zeitlichen Auflösung zu beobachten. In anderen anschaulichen Ausführungsformen werden zusätzlich zur Überwachung des Status der Metallkontamination der Prozessumgebung auch spezielle Prozessfluide, etwa Flüssigkeiten und dergleichen im Hinblick auf die Metallkontamination überwacht, wodurch ebenfalls eine wertvolle Information in Bezug auf den gesamten Kontaminationszustand der Prozessanlage und somit der entsprechenden Substrate, die in der Anlage während der diversen Fertigungsphasen bearbeitet werden, bereitgestellt wird. Das anlageninterne Sensorsystem kann in einer beliebigen geeigneten Konfiguration vorgesehen werden, die über die gewünschte Wechselwirkung zwischen der Prozessumgebung und/oder den Prozessfluiden und einem empfindlichen Bereich sorgt, wovon zumindest eine Eigenschaft in Abhängigkeit von der Menge und/oder der Art der Metallkontaminationsstoffe variiert. Beispielsweise können sich elektromagnetische Eigenschaften von Sensorkomponenten, etwa Kapazität, Induktivität, eine Kombination davon, in Abhängigkeit von der Anwesenheit von Metallkontaminationsstoffen ändern, wodurch eine effiziente Erfassung der entsprechenden elektrischen Eigenschaft möglich ist, indem beispielsweise die Frequenzantwort eines Schwingkreises und dergleichen überwacht wird. Beispielsweise kann die anlageninterne Sensoreinrichtung einen Kondensator mit zumindest einem Sensor aufweisen, der die Gesamtkapazität des Sensorkondensators bei Kontakt mit der Prozessumgebung und/oder den entsprechenden Prozessfluiden beeinflusst. In anderen Fallen kann sich bei Einwirkung der Prozessumgebung und/oder der Prozessfluide die Induktivität eines induktiven Elements ändern, das auf der Grundlage einer geeignet gestalteten Bewertungsschaltung erfasst werden kann, beispielsweise indem die Frequenzantwort des induktiven Elements, etwa im Hinblick auf eine sich ändernde Phase, Resonanz, Amplitude und dergleichen, bewertet wird.
  • In anderen anschaulichen Ausführungsformen, wie sie hierin offenbart sind, können gut etablierte Messtechniken, beispielsweise TXRF Techniken, eingesetzt werden, um eine geeignet positionierte Sensoroberfläche mit einem Röntgenstrahl zu sondieren. In diesem Falle wird die Antwort der Sensoroberfläche mittels eines geeigneten Detektors erfasst, wobei entsprechende Messergebnisse innerhalb von einigen Minuten erhalten werden können, was dennoch mit einer in-situ-Messtechnik vereinbar sein kann. Beispielsweise kann die entsprechende Sensoroberfläche zeitweilig der Prozessumgebung ausgesetzt werden, während ein oder mehrere Substrate bearbeitet werden, und das Sondieren der Sensoroberfläche wird ausgeführt, nachdem die Sensoroberfläche von der Prozessumgebung getrennt wird. Auch in diesem Falle können in-situ-Messergebnisse mit geringer Verzögerung erhalten werden, wobei die entsprechende Messgenauigkeit ausreichend ist, um den Verlauf eines Kontaminationsstatus der betrachteten Prozessanlage zu überwachen.
  • Folglich kann eine linieninterne Einrichtung zur Überwachung der Metallkontamination in modernen Halbleiterprozessanlagen, etwa nasschemischen Prozessanlagen und dergleichen, vorgesehen werden, wodurch ein im Wesentlichen kontinuierliches Überwachen möglich ist, während gleichzeitig die Herstellungskosten verringert werden, indem komplexe Dampfphasenzerlegungstechniken vermieden werden. Eine entsprechende Überwachung der Metallkontamination von Prozessanlagen über ausgedehnte Zeitdauern kann äußerst vorteilhaft im Zusammenhang mit komplexen Fertigungsabläufen sein, in denen die gleiche Prozessanlage während diverser Fertigungsphasen eingesetzt wird, da in diesen Situationen die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens von Metallkontaminationen sehr hoch ist, wobei das im Wesentlichen kontinuierliche Überwachen des Kontaminationsstatus sogar eine Abschätzung möglicher Kontaminationsquellen ermöglicht. Somit können entsprechende kontaminationserzeugende Prozessschritte effizienter erkannt werden, wodurch noch besser zu einer höheren Prozesseffizienz, geringeren Produktionskosten und einer erhöhten Bauteilzuverlässigkeit beigetragen wird.
  • Mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben.
  • 1a zeigt schematisch einen Teil einer Fertigungsumgebung 150, die als eine Umgebung zu verstehen ist, die mehrere Prozessanlagen aufweist, wovon der Einfachheit halber lediglich eine einzelne Prozessanlage 100 dargestellt ist, und wobei mehrere Prozessanlagen auf der Grundlage entsprechender Prozessrezepte betrieben werden, um Mikrostrukturbauelemente, etwa Halbleiterbauelemente herzustellen. Beispielsweise repräsentiert die Fertigungsumgebung 150 eine Produktionslinie für das Herstellen von integrierten Schaltungen, in denen Schaltungselemente, etwa Transistoren, und dergleichen, eingebaut sind mit kritischen Abmessungen von ungefähr 50 nm und weniger. Somit wird in der Fertigungsumgebung 150 ein Gesamtfertigungsablauf 151 ausgeführt, in welchem Substrate, etwa Halbleiterscheiben und dergleichen, eine Vielzahl von Prozessanlagen durchlaufen, etwa Lithographieanlagen, Ätzanlagen, Implantationsanlagen, Abscheideanlagen und dergleichen, um damit die Mikrostrukturbauelemente in einem gewünschten Fertigungszustand zu erhalten, wie dies auch zuvor erläutert ist. In dem Fertigungsablauf 151 repräsentiert die Prozessanlage 100 eine Prozessanlage, die während diverser Punkte des Ablaufs 151 eingesetzt wird, so dass das entsprechende zu bearbeitende Substrat Mikrostrukturbauelemente in unterschiedlichen Phasen des Fertigungszustands repräsentiert und damit grundsätzliche Prozessschritte durchlaufen hat und mit unterschiedlichen Materialien in Kontakt gekommen ist. Wie zuvor erläutert ist, werden in modernsten Halbleiterbauelementen zunehmend neue Materialien vorgesehen, beispielsweise in Bezug auf Gatedielektrika, aufwendige Metallisierungssysteme und dergleichen, so dass die Möglichkeit des Einführens von kontaminierenden Sorten und auch die Möglichkeit zum Erzeugen kontaminierter empfindlicher Materialien deutlich höher ist, so dass eine gründliche Überwachung von Kontaminationsmechanismen, insbesondere in wiederholt verwendeten Prozessanlagen, etwa der Prozessanlage 100, zu einer insgesamt besseren Prozesseffizienz und schließlich zu einer höheren Produktzuverlässigkeit beiträgt. In einigen anschaulichen Ausführungsformen repräsentiert die Prozessanlage 100 eine Anlage zum Erzeugen einer reaktiven Prozessumgebung 101, beispielsweise auf der Grundlage von Prozessflüssigkeiten, etwa Säuren, Basen und dergleichen. Z. B. repräsentiert die Prozessanlage 100 eine nasschemische Reinigungs- oder Ätzanlage, in der die reaktive Umgebung 101 auf der Grundlage reaktiver Prozessflüssigkeiten zum Ätzen von Materialien, Entfernen von Lackmaterialien und dergleichen eingerichtet wird. Beispielsweise wird die reaktive Umgebung 101 auf der Grundlage von Flüssigkeiten eingerichtet, die für die Bearbeitung einer Vielzahl von Substraten verwendet werden, wobei zunehmend Metallkontaminationsstoffe sich ansammeln, etwa auf Grund des Kontakts mit Substraten während unterschiedlicher Fertigungsphasen, die Komponenten der Prozessanlage 100, etwa einem Substrathalter 102 oder Oberflächenbereiche 103s einer Prozesskammer 103, und dergleichen kontaminieren. Beim Zuführen eines Prozessfluids 104 zu der Prozesskammer 103 kann somit eine entsprechende Kontamination auftreten, beispielsweise während des Bewahrens des Prozessfluids 104 innerhalb der Prozesskammer 103 und/oder beim Kontakt entsprechender Komponenten der Anlage 100, wobei sich diese Metallkontaminationen schließlich auf einem Substrat 105 absetzen können, das der Einwirkung der Umgebung 101 ausgesetzt ist. Des weiteren umfasst die Prozessanlage 100 eine anlageninterne Sensoreinrichtung 110, die ausgebildet ist, mit der Prozessumgebung 101 und/oder dem Prozessfluid 104 in Wechselwirkung zu treten, um damit eine entsprechende Information im Hinblick auf den Grad an Metallkontamination der Prozessanlage 100 bereitzustellen. Zu diesem Zweck ist die anlageninterne Sensoreinrichtung 110 mit einer Steuereinheit 111 verbunden, die ausgebildet ist, um zumindest ein Signal von der Einrichtung 110 zu erhalten und eine Angabe bereitzustellen, die mit einem Grad an Kontamination der Anlage 100 korreliert ist. Z. B. besitzt die anlageninterne Sensoreinrichtung 110, die auch als eine in-situ-Sensoreinrichtung bezeichnet werden kann, zumindest eine Eigenschaft, entsprechend der Menge und/oder der Art der Metallsorte, die in der Umgebung 101 und/oder Fluid 104 vorhanden ist, variiert. Zu diesem Zweck kann eine empfindliche Oberfläche in der Einrichtung 110 vorgesehen sein, die so positioniert ist, dass diese zumindest zeitweilig mit der Umgebung 101 und/oder dem Fluid 104 in Kontakt ist. In anderen Fällen umfasst die Sensoreinrichtung 110 ein geeignet gestaltetes System aus Leitungen, um damit Umwälzsystem einzurichten, wobei zumindest ein Teil des Leitungssystems als ein „Detektor” zum Erhalten von Information über den Grad an Metallkontamination Prozessflüssigkeit verwendet wird, die in dem entsprechenden Kreislaufsystem zirkuliert. Zu diesem Zweck wird ein Prozessfluid von einem entsprechenden Reservoir innerhalb der Prozesskammer 101 durch das Kreislaufsystem der Einrichtung 110 gepumpt, wobei ein Teil des Leitungssystems als ein „Metalldetektor” verwendet wird, was durch gut etablierte Techniken bewerkstelligt werden kann, etwa Metallerfassungssysteme wie sie auch in der Nahrungsmittelindustrie und dergleichen verwendet werden.
  • Während des Betriebs der Prozessanlage 100 in der Umgebung 150 wird das Substrat 105 in der Kammer 103 angeordnet, d. h. auf der Substrathalterung 102 und, abhängig von dem speziellen Prozessrezept, wird die Prozessumgebung 101 eingerichtet. Vor, während und/oder nach der Bearbeitung des Substrats 105 wird das anlageninterne Sensorsystem 110 ebenfalls der Einwirkung der Umgebung 101 und/oder der Einwirkung des Prozessfluids 104 ausgesetzt, so dass entsprechende kontaminationsbezogene Information durch Verwendung der Steuereinheit 111 ermittelt werden kann. Da das anlageninterne Sensorsystem 110 eine im Wesentlichen „kontinuierliche” Überwachung oder zumindest eine Überwachung mit einer feinen Zeitauflösung ermöglicht, kann eine Änderung des Metallkontaminationsstatus der Anlage 100 für diverse Substrate während unterschiedlicher Fertigungsphasen ermittelt werden, wodurch eine Korrelation der Metallkontamination mit der entsprechenden Fertigungsphase ermöglicht wird. Somit können wesentliche Quellen er Metallkontamination, d. h. entsprechende Fertigungsphasen der Substrate 105, erkannt werden, indem ein merklicher Anstieg der Metallkontamination nach der Bearbeitung mehrer Substrate 105 entsprechend der betrachteten Fertigungsphase erkannt wird.
  • 1b zeigt schematisch die Prozessanlage 100 gemäß anschaulicher Ausführungsformen, in denen die anlageninterne Sensoreinrichtung 110 ein kapazitives Element 112 aufweist, dessen Kapazität bei Wechselwirkung mit der Prozessumgebung 101 und/oder des Fluids 104 in Abhängigkeit von dem Grad der Metallsorte, die vorhanden ist, variiert. Beispielsweise wird das kapazitive Element 112 so positioniert, dass das Prozessfluid 104 als ein Kondensatordielektrikum wirkt, in welchem eine variierende Zusammensetzung, d. h. ein variierender Anteil an Metallsorten, zu einer entsprechenden Änderung der Permittivität und somit der Kapazität des Elements 112 führt Beim Ansteuern des kapazitiven Elements 112 auf der Grundlage eines geeigneten Signals, das eine Vielzahl unterschiedlicher Frequenzkomponenten beinhalten kann, kann die Antwort des Elements 112 durch die Steuereinheit 111 erfasst und verwendet werden, um die aktuell ermittelte Permittivität und somit Kapazität des Elements 112 zu bestimmen. Beispielsweise enthält die Steuereinheit 111 eine induktive Komponente 113, die zusammen mit dem kapazitiven Element 112 einen Schwingkreis bildet, dessen Resonanzverhalten somit von der Kapazität des Elements 112 und somit von der Permittvität und damit den Grad an Metallkontamination des Prozessfluids 104 abhängt. Während des Betriebs der Anlage 100 wird während einer geeigneten Phase, d. h. vor dem Empfangen des Substrats 105, während der Bearbeitung des Substrats 105 oder nach dem Bearbeiten des Substrats 105, wird das Elemente 112 mit Fluid 104 zumindest für eine spezifizierte Zeitdauer in Kontakt gebracht und die Steuereinheit 111 liefert das frequenzabhängige Signal. Beispielsweise wird ein Oszillator 114 mit dem Element 112 gekoppelt, um damit den Schwingkreis, der durch die Komponenten 113, 112 gebildet ist, mit unterschiedlichen Frequenzen anzuregen, wobei eine oder mehrere der folgenden Komponenten, d. h. die Phase, die Amplitude, die Impedanz und dergleichen, durch die Steuereinheit 111 überwacht wird, um damit die frequenzabhängige Antwort des Elements 112 zu überwachen. Es sollte beachtet werden, dass geeignete Referenzdaten erzeugt werden können, etwa auf Basis des Elements 112, wenn dieses in einen guten definierten Zustand im Hinblick auf dessen Metallkontamination vorliegt, und dergleichen. Somit kann eine erforderliche Messvariable, die die Änderung der Permittivität des Kondensatordielektrikums und somit die Änderung des Maßes an Metallkontamination angibt, überwacht werden und kann als Angabe des Grades an Metallkontamination verwendet werden.
  • Es sollte beachtet werden, dass das kapazitive Element 112 auch in Verbindung mit elektronischen Schaltungen, etwa einem Oszillator zur Speicherung von Ladung auf den Kondensator 112 bei unterschiedlichen Frequenzen verwendet werden kann, da typischerweise die Permittivität einer Prozessflüssigkeit oder Fluid 104 von der Frequenz abhängt, und der der Kondensator 112 betrieben wird und somit entsprechende Ergebnisse für eine Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen erhalten werden kann, wodurch die Gesamtgenauigkeit der Messergebnisse verbessert wird. Auf Grund der gesteigerten Genauigkeit, die auf der Grundlage der mehreren Frequenzkomponenten erreich wird, können auch kleine Schwankungen der Permittivität bei den diversen Frequenzen mit erhöhter Genauigkeit bestimmt werden, wodurch ebenfalls die Genauigkeit der Bewertung des Grades an Metallkontamination gesteigert wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird die Komponente 112 mittels einer großen Anzahl an Frequenzkomponenten gleichzeitig „sondiert”, beispielsweise indem ein Delta-ähnlicher Impuls angelegt und die Frequenzantwort der Komponente 112, beispielsweise durch anspruchsvolle Digitalsignalverarbeitungstechniken und dergleichen, wodurch ein hohes Maß an Empfindlichkeit der Einrichtung 110 im Hinblick auf die Metallkontamination erreicht wird.
  • 1c zeigt schematisch die Prozessanlage 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen die anlageninterne Sensoreinrichtung 110 eine aktive Komponente 115 aufweist, wobei die Permeabilität der induktiven Komponente 115 bei Wechselwirkung mit der Prozessumgebung 101 und/oder der Prozessflüssigkeit 104 sich ändert. Somit ist auch in diesem Falle die Steuereinheit 111 in geeigneter Weise ausgebildet, um die Komponente 115 mit geeigneten Signalen anzusteuern, um damit die frequenzabhängige Antwort der Komponente 115 zu erfassen, die wiederum von Änderung der Permeabilität und somit von dem Vorhandensein entsprechender Metallsorten abhängt. Beispielsweise kann die induktive Komponente 115 ein Teil eines Schwingkreises sein, dessen Schwingverhalten daher von dem Grad an Metallkontamination abhängt und in effizienter Weise durch die Steuereinheit 111 erfasst werden kann, ähnlich wie dies auch mit Bezug zu 1b beschrieben ist.
  • Es sollte beachtet werden, dass die anlageninternen Sensoreinrichtungen 110, wie sie mit Bezug zu den 1a bis 1c beschrieben sind, so positioniert werden, dass sie in permanenten Kontakt sind, zumindest während eines Betriebsmodus der Anlage 100, während in anderen Fällen die Einrichtung 110 oder zumindest ein Teil davon mit der Umgebung 101 und/oder dem Prozessfluid 104 für eine vorbestimmte Zeitdauer in Kontakt gebracht wird, beispielsweise zum Wechselwirken und Messen, während danach die Einrichtung 110 in eine definierte Position oder einen Zustand gebracht wird, um eine Referenzmessung zu ermöglichen, so dass Störungen und Rauschen unterdrückt werden. Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung 110 von der Umgebung 101 und/oder dem Prozessfluid 104 abgekoppelt werden, wodurch unterschiedliche Bedingungen geschaffen werden, die gut definierte Referenzbedingungen repräsentieren können. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Kontakt zu dem Prozessfluid 104, wenn dieses in Form einer Flüssigkeit bereitgestellt wird, unterbrochen werden, wodurch die Gesamtpermittivität häufig verringert wird, wenn beispielsweise das kapazitive Element 112 betrachtet wird, wodurch eine Messung der Komponente 112 in einem Zustand ohne Einfluss einer Metallkontamination ermöglicht wird, wodurch ein geeignetes Referenzsignal bereitgestellt wird, das in geeigneter Weise dem zuvor ermittelten Signal überlagert wird oder einem Signal, das erhalten wird, wenn die Komponente 112 mit der Prozessflüssigkeit 104 in Kontakt ist. Auf diese Weise kann die Einrichtung 110 als eine Referenzanordnung dienen, wodurch eine deutliche Verringerung von bauteilspezifischen Verschiebungen oder Schwankungen möglich ist, die ansonsten den eigentlichen Messergebnissen überlagert sind.
  • 1d zeigt schematisch die Prozessanlage 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen die anlageninterne Sensoreinrichtung 110 eine Sensoroberfläche 110s aufweist, die in geeigneter Weise so ausgebildet ist, dass diese mit der Umgebung 101 in Wechselwirkung tritt, die eine Gasumgebung sein kann, etwa eine plasmaunterstützte Ätzumgebung und dergleichen, wobei die Anwesenheit einer Metallsorte für eine Modifizierung der Senderoberfläche 110s sorgt. Beispielsweise besitzt die Oberfläche 110s darauf oder darin ausgebildet eine geeignete leitende Struktur, die als eine Induktivität oder als ein Kondensator oder beides dient, wobei eine Abscheidung oder ein Einbau einer Metallsorte zu einer Änderung der entsprechenden elektronischen oder magnetischen Eigenschaften führt, wie dies auch zuvor mit Bezug zu den 1b und 1c erläutert ist. Folglich kann durch geeignetes Ansteuern der Einrichtung 110 mittels der Steuereinheit 111 eine Abschätzung des Grades an Metallkontamination erreicht werden, wobei ähnliche Prozessbedingungen für die Sensoroberfläche 110s im Vergleich zu dem Substrat 105 erreicht werden, so dass der tatsächliche Kontaminationsstatus des Substrats 105 auf der Grundlage des Status der Oberfläche 110s ermittelt werden kann. Wenn somit keine Mittel zum Entfernen der Oberflächenkontaminationsstoffe von der Sensoroberfläche 110s in der Prozessanlage 110 vorgesehen sind, kann der zeitliche Verlauf der akkumulierten Metallkontamination mittels der Einrichtung 110 überwacht werden, wobei die angesammelte Metallkontamination die Bedingungen an dem Substrat 105 mit einem hohen Maß an Authentizität wiedergibt, da die Oberfläche 110s nahe an dem entsprechenden Substrat 105, das in der Anlage 110 bearbeitet wird, angeordnet werden kann. Ferner kann die entsprechende Oberflächenkonfiguration der Oberfläche 110s so gestaltet sein, dass selbst eine geringe Abscheidung einer Metallsorte für eine deutliche Änderung der entsprechenden elektrischen oder magnetischen Eigenschaften sorgt, so dass auch eine Metallkontamination in Gasumgebungen überwacht werden kann.
  • 1e zeigt schematisch die Prozessanlage 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen die anlageninterne Sensoreinrichtung 110 die Oberfläche 110s aufweist, die in geeigneter Weise so aufbereitet ist, dass eine Sondierung der Oberfläche 110s mittels eines sondierenden Strahls 116 möglich ist. Beispielsweise ist die Sensoroberfläche 110s eine Siliziumoberfläche oder eine andere geeignete glatte Materialschicht, die mehr oder minder mehr inert ist in Bezug auf eine Prozessumgebung 101 und/oder die Prozessfluide 104, um damit für im Wesentlichen konstante Oberflächenbedingungen für eine Vielzahl von Messungen zu sorgen. Des weiteren weist die Sensoreinrichtung 110 einen Detektor 110a, beispielsweise einen Halbleiterdetektor, der an einer geeigneten Stelle innerhalb der Prozesskammer 103 oder außerhalb davon angeordnet ist, um eine von zumindest einem Teil der Sensoroberfläche 110s bei einer Reaktion auf den sondierenden Strahl 116 ausgesandten Strahlung zu empfangen. Beispielsweise kann der sondierende Strahl 116 in Form eines Röntgenstrahles bereitgestellt werden, der auf die Oberfläche 110s unter einem sehr geringen Einfallswinkel auftritt, etwa 0,1 bis 0,5 Grad, wodurch die Bedingung für Totalreflektion erfüllt ist, die somit eine geeignete Reaktion von Atomen in und an der Oberfläche 110s ermöglicht, wie dies auch zuvor mit Bezug zu der TXRF-Technik erläutert ist. Somit können die entsprechenden Signals des Detektors 110a der Steuereinheit 111 zugeführt werden, die somit die Menge und/oder die Art der Metallkontaminationsstoffe, die in der Oberfläche 110s eingebaut sind, bestimmt. Wie zuvor erläutert ist, können entsprechende TXRF-Messungen innerhalb von wenigen Minuten oder weniger ausgeführt werden, so dass ein entsprechender Grad an Kontamination während der Bearbeitung von lediglich einigen Substraten 105 ermittelt werden kann, wodurch die gewünschte geringe Verzögerung der Messergebnisse erreicht wird. Es sollte beachtet werden, dass bei Bedarf der eigentliche Messprozess, d. h. das Zuführen des sondierenden Strahls 116 und das Ermitteln der entsprechenden Reaktion des Detektors 110a unter gut definierten Bedingungen ausgeführt werden kann, beispielsweise durch Abtrennen der Einrichtung 110 von der Umgebung 101, was durch Schließen eines Verschlusses und dergleichen bewerkstelligt werden kann. In anderen Fällen wird die Sensoroberfläche 110s zeitweilig mit einer Prozessflüssigkeit, beispielsweise durch Eintauchen der Oberfläche 110s in die Flüssigkeit, in Kontaktgebracht und anschließend wird der eigentliche Messprozess durchgeführt, etwa möglicherweise in Verbindung mit einer Oberflächenaufbereitung und dergleichen, die abgetrennt von der Umgebung 101 ausgeführt werden kann, wodurch der gesamte Prozessdurchsatz der Anlage 100 im Wesentlichen nicht negativ beeinflusst wird.
  • 1f zeigt schematisch den Verlauf der Messergebnisse, die durch die anlageninterne Sensoreinrichtung 110 während eines speziellen Prozesszeitintervalls erhalten werden. Wie gezeigt, repräsentiert die horizontale Achse eine Messung der akkumulierten Prozesszeit, etwa die Anzahl der in der Anlage 100 bearbeiteten Substrate und dergleichen. Die vertikale Achse repräsentiert eine Angabe für den Grad an Metallkontamination, beispielsweise eine Verschiebung einer Resonanzfrequenz, eine Intensität eines spezifischen Bereichs eines Spektrums, und dergleichen. Wie gezeigt, kann bei einer Zunahme der akkumulierten Prozesszeit auch der Grad an Metallkontamination zunehmen, da beispielsweise die mehreren kontaminierten Substrate in der betrachteten Prozessanlage bearbeitet werden. Auf Grund der im Wesentlichen „kontinuierlichen” Überwachung des Grades an Kontamination kann ein geeigneter Schwellwert, der als T bezeichnet ist, im Voraus definiert werden und kann einen maximalen zulässigen Grad an Metallkontamination der betrachteten Prozessanlage angeben. Bei Annnäherung oder Überschreitung des Schwellwerts T werden geeignete Maßnahmen ergriffen, beispielsweise das Abschalten der entsprechenden Prozesskammer für eine Wartung und dergleichen, um damit Metallkontaminationen zu entfernen, bevor die Prozessanlage für die weitere Bearbeitung von Substraten weiter verwendet wird. Es sollte beachtet werden, dass andere Strategien auf der Grundlage des ermittelten Grades an Metallkontamination angewendet werden können, um die gesamte Prozesseffizienz zu verbessern. Wie zuvor erläutert ist, können entsprechende Quellen für eine erhöhte Kontamination ermittelt werden, beispielsweise auf der Grundlage eines ausgeprägten Anstieges, wie dies durch das Intervall S angegeben ist, wenn der entsprechende Anstieg mit einer Bearbeitung spezifizierte Substrate korreliert ist, die eine spezielle Fertigungsphase durchlaufen haben. Wenn beispielsweise die betrachtete Prozessanlage für nasschemische Lackabtragungsfertigungsphasen eingesetzt wird, kann eine deutliche Zunahme entsprechend dem Zeitintervall S auf ein hohes Maß an Metallkontamination vor dem entsprechenden Lackabtragungsprozess hinweisen, wenn im Wesentlichen Substrate während des Intervalls S bearbeitet wurden, die diesen speziellen Lackabtragungsprozess entsprechen.
  • Es gilt also: Die vorliegende Offenbarung stellt Prozessanlagen und Verfahren bereit, in denen die Metallkontamination einer Prozessanlage in einer sehr effizienten Weise mittels einer anlageninternen Sensoreinrichtung oder einer in-situ-Sensoreinrichtung überwacht wird, ohne dass anspruchsvolle und komplexe Probenpräparationsprozeduren erforderlich sind, etwa Dampfphasenzerlegungstests und dergleichen. Auf Grund der anlageninternen Natur der Messungen kann eine im Wesentlichen kontinuierliche Überwachung erreicht werden, d. h. Messergebnisse werden mit kleineren Messzeiten im Vergleich zu konventionellen Strategien und mit geringerer Zeitverzögerung erreicht, so dass eine „Vollzeitinspektion” der Prozessanlagen eingerichtet werden kann. Somit können insbesondere Prozessanlagen, die für die Bearbeitung von Substraten während unterschiedlicher Fertigungsphasen eingesetzt werden, mit hoher Zuverlässigkeit überwacht werden, wobei dennoch eng gesetzte Prozessgrenzen im Hinblick auf die Metallkontamination der Substrate in jeder der diversen Fertigungsphasen angewendet werden können. Daher wird eine erhöhte Flexibilität bei der Gestaltung der Fertigungsabläufe und bei der Disponierung der Substrate in komplexen Halbleiterfertigungsstätten erreicht, da eine spezielle Anlagenzuordnung nicht in so strengem Maße erforderlich ist auf Grund der „kontinuierlichen” Metallkontaminationsüberwachung.

Claims (27)

  1. Prozessanlage mit: einer Prozesskammer, die ausgebildet ist, ein Substrat zur Herstellung von Mikrostrukturbauelementen zu empfangen und in Position zu halten, wobei die Prozesskammer ferner ausgebildet ist, eine chemisch reaktive Prozessumgebung auf der Grundlage einer oder mehrerer Prozessflüssigkeiten einzurichten; einer Sensoreinrichtung, die angeordnet ist, um eine Metallkontamination in der Prozessumgebung und/oder einem Vorstufenmaterial, das zum Einrichten der Prozessumgebung verwendet wird, zu erfassen; und einer Steuereinheit, die mit der Sensoreinrichtung verbunden und ausgebildet ist, eine Angabe bereitzustellen, die mit dem Grad an Metallkontamination der Prozessumgebung und/oder des Vorstufenmaterials korreliert ist.
  2. Prozessanlage nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung so positioniert ist, dass diese zumindest zeitweilig mit der einen oder mehreren Prozessflüssigkeiten in direktem Kontakt ist.
  3. Prozessanlage nach Anspruch 1, wobei die Prozesskammer ausgebildet ist, die chemisch-reaktive Prozessumgebung auf der Grundlage eines oder mehrerer Prozessgase einzurichten.
  4. Prozessanlage nach Anspruch 3, wobei die Sensoreinrichtung so positioniert ist, dass diese zumindest zeitweilig mit dem einen oder den mehreren Prozessgasen direkt in Kontakt ist.
  5. Prozessanlage nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung ausgebildet ist, dass sie auf der Grundlage eines Ansteuersignals mit mehreren Frequenzkomponenten betrieben wird und eine frequenzabhängige Antwort bereitstellt, die mit dem Grad an Metallkontamination in Beziehung steht.
  6. Prozessanlage nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit einen Schwingkreis aufweist, um die Sensoreinrichtung anzusteuern und/oder um die frequenzabhängige Antwort zu erhalten.
  7. Prozessanlage nach Anspruch 5, wobei die Sensoreinrichtung eine induktive Komponente aufweist, deren Induktivität mit dem Grad an Metallkontamination in Beziehung steht.
  8. Prozessanlage nach Anspruch 5, wobei die Sensoreinrichtung ein kapazitives Element aufweist, dessen Kapazität mit dem Grad an Metallkontamination in Beziehung steht.
  9. Prozessanlage nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung eine Sensoroberfläche aufweist und wobei die Sensoroberfläche ausgebildet ist, dass diese zumindest zeitweilig von einem sondierenden Strahl sondiert werden kann.
  10. Prozessanlage nach Anspruch 9, wobei die Sensoreinrichtung ferner einen Detektor aufweist, der positioniert ist, um eine Antwort von der Sensoroberfläche zu erhalten, wenn diese mit dem sondierenden Strahl sondiert wird.
  11. Prozessanlage nach Anspruch 10, wobei der sondierende Strahl eine Röntgenstrahlung umfasst.
  12. Verfahren zum Überwachen einer Metallkontamination in einer Halbleiterprozessanlage, wobei das Verfahren umfasst: Einrichten einer chemisch reaktiven Prozessumgebung auf der Grundlage einer oder mehrerer Prozessflüssigkeiten Aussetzen einer Sensoreinrichtung in der Halbleiterprozessanlage der Einwirkung der chemisch reaktiven Prozessumgebung und/oder des einen oder der mehreren Prozessfluide, die zum Einrichten der chemisch reaktiven Prozessumgebung verwendet werden; Erhalten eines Sensorsignals von der Sensoreinrichtung, wobei das Sensorsignal einen Grad an Metallkontamination der Prozessumgebung und/oder des einen oder mehreren Prozessfluide angibt; und Angeben des Grads an Metallkontamination auf der Grundlage des Sensorsignals.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst: Bearbeiten eines oder mehrerer Substrate in der Halbleiterprozessanlage, wenn die Sensoreinrichtung der Einwirkung der Prozessumgebung und/oder des einen oder der mehreren Prozessfluide ausgesetzt ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Sensoreinrichtung der Einwirkung mindestens einer Prozessflüssigkeit, die zum Einrichten der Prozessumgebung verwendet wird, ausgesetzt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Sensoreinrichtung der Einwirkung zumindest eines Prozessgases, das zum Einrichten der Prozessumgebung verwendet wird, ausgesetzt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei Erhalten des Sensorsignals umfasst: Erfassen einer Änderung einer Induktivität und/oder eine Kapazität der Sensoreinrichtung.
  17. Verfahren nach Anspruch 12, wobei Erhalten des Sensorsignals umfasst: zeitweiliges Sondieren einer Sensoroberfläche der Sensoreinrichtung mit einem Röntgenstrahl und Erfassen einer Reaktion der Sensoroberfläche auf den Röntgenstrahl.
  18. Verfahren zum Überwachen einer Metallkontamination in einer Halbleiterprozessanlage, wobei das Verfahren umfasst: Eintauchen einer Sensoreinrichtung in eine Prozessflüssigkeit, die zum Einrichten einer Prozessumgebung in der Halbleiterprozessanlage verwendet wird; Erhalten eines Sensorsignals von der Sensoreinrichtung, wobei das Sensorsignal einen Grad an Metallkontamination der Prozessumgebung und/oder der Prozessflüssigkeit angibt; und Angeben des Grads an Metallkontamination auf der Grundlage des Sensorsignals.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei Eintauchen der Sensoreinrichtung in die Prozessflüssigkeit umfasst: Eintauchen eines kapazitiven Elements in die Prozessflüssigkeit, so dass die Prozessflüssigkeit als Kondensatordielektrikum des kapazitiven Elements dient.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei Erhalten des Sensorsignals umfasst: Erhalten eines Sensorsignals, das sich in Reaktion auf Änderungen in dem Grad an Metallkontamination, die eine entsprechende Änderung der Permittivität oder der Kapazität des Kondensatordielektrikums für das kapazitive Element verursacht, ändert.
  21. Verfahren nach Anspruch 18, wobei Eintauchen der Sensoreinrichtung in die Prozessflüssigkeit umfasst: Eintauchen eines induktiven Elements in die Prozessflüssigkeit, so dass Änderungen in dem Grad an Metallkontamination in der Prozessflüssigkeit eine entsprechende Änderung in der Permeabilität des induktiven Elements verursachen.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei Erhalten des Sensorsignals umfasst: Erhalten eines Sensorsignals, das sich in Reaktion auf die Änderungen in der Permeabilität des induktiven Elements ändert.
  23. Verfahren zum Überwachen einer Metallkontamination in einer Halbleiterprozessanlage, wobei das Verfahren umfasst: Einrichten einer Prozessumgebung in der Halbleiterprozessanlage auf der Grundlage einer oder mehrerer Prozessflüssigkeiten; Aussetzen einer leitenden Struktur der Prozessumgebung in der Halbleiterprozessanlage, wobei sich elektronische oder magnetische Eigenschaften der leitenden Struktur ändern, wenn zumindest eine Metallart auf der leitenden Struktur abgelagert wird; Erhalten eines Sensorsignals von der leitenden Struktur, wobei das Sensorsignal Änderungen in den elektronischen oder magnetischen Eigenschaften, die einen Grad an Metallkontamination der Prozessumgebung repräsentieren, angibt; und Angeben des Grads an Metallkontamination auf der Grundlage des Sensorsignals.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei Aussetzen einer leitenden Struktur der Prozessumgebung umfasst: Aussetzen einer Induktivität und/oder einer Kapazität der Prozessumgebung.
  25. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die leitende Struktur in der Nähe eines Halbleitersubstrates in der Halbleiterprozessanlage eingesetzt ist, und wobei Erhalten eines Sensorsignals umfasst: Erhalten eines Sensorsignals, das eine akkumulierte Metallkontamination, die die Bedingungen an dem Halbleitersubstrat repräsentiert, angibt.
  26. Verfahren nach Anspruch 23, wobei Erhalten des Sensorsignals von der leitenden Struktur umfasst: Sondieren einer Oberfläche der leitenden Struktur mit einem Sondierstrahl, der von einem Detektor erzeugt wird, der in die Halbleiterprozessanlage eingesetzt ist.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei Sondieren der Oberfläche der leitenden Struktur umfasst: Richten eines Röntgenstrahls auf die Oberfläche mit einem Einfallswinkel von ungefähr 0,1–0,5°.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102680529B (zh) * 2012-06-08 2014-05-07 中国农业大学 一种有机肥养分含量快速分析方法
US10083883B2 (en) * 2016-06-20 2018-09-25 Applied Materials, Inc. Wafer processing equipment having capacitive micro sensors
US10515862B2 (en) * 2017-04-05 2019-12-24 Applied Materials, Inc. Wafer based corrosion and time dependent chemical effects

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0412251A (ja) * 1990-05-01 1992-01-16 Kokusai Electric Co Ltd 反応室の汚れ検出装置
US5474648A (en) * 1994-07-29 1995-12-12 Lsi Logic Corporation Uniform and repeatable plasma processing
DE69117480T2 (de) * 1990-12-31 1996-06-13 Texas Instruments Inc Sensor für die Kontrolle des Fabrikationsprozesses einer Halbleitervorrichtung
DE69403593T2 (de) * 1993-09-20 1998-01-08 Hitachi Ltd Gerät und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
US5930586A (en) * 1997-07-03 1999-07-27 Motorola, Inc. Method and apparatus for in-line measuring backside wafer-level contamination of a semiconductor wafer
US20050173375A1 (en) * 2002-09-30 2005-08-11 Tokyo Electron Limited Apparatus and method for use of optical system with a plasma processing system
DE102006035596A1 (de) * 2006-07-27 2008-01-31 Qimonda Ag Verfahren und Anordnung zur Durchführung eines Ätz- oder Reinigungsschrittes

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5273609A (en) * 1990-09-12 1993-12-28 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for time-division plasma chopping in a multi-channel plasma processing equipment
US5583282A (en) * 1990-12-14 1996-12-10 Millipore Investment Holdings Limited Differential gas sensing in-line monitoring system
US5369495A (en) * 1992-09-04 1994-11-29 University Of South Florida Semiconductor contaminant sensing system and method
JP3164720B2 (ja) * 1993-11-25 2001-05-08 株式会社東芝 汚染元素濃度分析装置および汚染元素濃度分析方法
JP3457378B2 (ja) * 1994-04-27 2003-10-14 株式会社ピュアレックス 分析用試料板
US5910011A (en) * 1997-05-12 1999-06-08 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for monitoring processes using multiple parameters of a semiconductor wafer processing system
US6427093B1 (en) * 1999-10-07 2002-07-30 Advanced Micro Devices, Inc. Method and apparatus for optimal wafer-by-wafer processing
WO2001086698A2 (en) * 2000-05-10 2001-11-15 Kla-Tencor, Inc. Method and system for detecting metal contamination on a semiconductor wafer
US7084466B1 (en) * 2002-12-09 2006-08-01 Novellus Systems, Inc. Liquid detection end effector sensor and method of using the same
JP4377755B2 (ja) * 2004-06-15 2009-12-02 株式会社東芝 全反射蛍光x線分析方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0412251A (ja) * 1990-05-01 1992-01-16 Kokusai Electric Co Ltd 反応室の汚れ検出装置
DE69117480T2 (de) * 1990-12-31 1996-06-13 Texas Instruments Inc Sensor für die Kontrolle des Fabrikationsprozesses einer Halbleitervorrichtung
DE69403593T2 (de) * 1993-09-20 1998-01-08 Hitachi Ltd Gerät und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
US5474648A (en) * 1994-07-29 1995-12-12 Lsi Logic Corporation Uniform and repeatable plasma processing
US5930586A (en) * 1997-07-03 1999-07-27 Motorola, Inc. Method and apparatus for in-line measuring backside wafer-level contamination of a semiconductor wafer
US20050173375A1 (en) * 2002-09-30 2005-08-11 Tokyo Electron Limited Apparatus and method for use of optical system with a plasma processing system
DE102006035596A1 (de) * 2006-07-27 2008-01-31 Qimonda Ag Verfahren und Anordnung zur Durchführung eines Ätz- oder Reinigungsschrittes

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US20100077839A1 (en) 2010-04-01

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