DE112011106161B3

DE112011106161B3 - Elektrodensystem und Verfahren zur Ausbeuteerhöhung eines Halbleiterherstellungsprozesses

Info

Publication number: DE112011106161B3
Application number: DE112011106161.7T
Authority: DE
Inventors: Kezia Cheng
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2011-01-24
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2031-01-25
Also published as: CN102834542A; US8373427B2; US20130069622A1; KR101768247B1; DE112011100501T5; TWI604546B; TW201523761A; TW201140725A; KR20130026424A; WO2011100102A3; CN102834542B; US9768081B2; US20150243567A1; TWI482232B; WO2011100102A2; US9068918B2; HK1174670A1; DE112011100501B4; US20110193576A1

Abstract

Elektrodensystem, welches dazu ausgelegt ist, innerhalb einer Vakuumkammer eines Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems mit einer Metallschmelze, aus der während des Betriebs des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems Metall verdampft wird, angeordnet zu werden, wobei das Elektrodensystem aufweist:eine ringförmige Elektrode (510) aus einem leitfähigem Material, welche dazu ausgelegt ist, Elektronen, die von der Metallschmelze während des Betriebs des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems zurückgestreut werden, zu sammeln, und ein elektrisches Signal an ein elektrisches Messgerät (710) in Abhängigkeit von dem Sammeln der von der Metallschmelze zurückgestreuten Elektronen auszugeben; undeine Vielzahl von Isolationsbolzen (520), die die ringförmige Elektrode (510) in der Vakuumkammer in einer die Metallschmelze im Wesentlichen umgebenden Position abstützen.

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Metallabscheidungssysteme und spezieller Systeme und Verfahren zum Detektieren und/oder Korrigieren von Zuständen, die durch Verunreinigungen in Metallverdampfungsquellen verursacht werden, die bei der Elektronenstrahlmetallverdampfung und -abscheidung verwendet werden.
Diskussion der betreffenden Technik
Verschiedene Schritte bei der Herstellung von Halbleiterscheiben (Wafer) zur Bildung von Mikrochips zur Verwendung in elektronischen Vorrichtungen umfassen das Abscheiden von einer oder mehreren Metallschichten auf den Halbleiterscheiben. Diese Metallfilme werden verwendet, um beispielsweise Metallkontakte oder Leiterbahnen zu bilden. Metallfilme werden auf Halbleiterscheiben im Allgemeinen durch die Verwendung von entweder chemischen Gasphasenabscheidungssystemen (CVD = Chemical Vapor Deposition Systemen) oder physikalischen Gasphasenabscheidungssystemen (PVD = Physical Vapor Deposition Systemen) abgeschieden. PVD-Systeme werden im Allgemeinen unterteilt in Sputtersysteme und Bedampfungssysteme.
In Sputtersystemen wird ein energiegeladener Ionenstrahl, beispielsweise Argon-Ionen, auf ein metallisches Ziel in einer Vakuumkammer gerichtet. Die energiegeladenen Ionen schlagen Metallatome aus dem Ziel frei. Die befreiten Metallatome verlaufen durch die Vakuumkammer und werden auf einem oder mehreren Wafer, die ebenfalls in der Vakuumkammer vorhanden sind, abgeschieden.
In Bedampfungssystemen (hier auch bezeichnet als Verdampfungs- und Abscheidungs-Systeme), wird eine Metallquelle (hier auch als Metall-Slug bzw. Metallstück bezeichnet) in einer Vakuumkammer erhitzt, die in einigen Systemen bei ungefähr 10^-7 Torr gehalten wird, bis das Metall schmilzt und Atome aus der Metallquelle ausdampfen. Die Metallquelle kann durch irgendein Verfahren von einer Anzahl von Verfahren erhitzt werden, umfassend beispielsweise Widerstandserwärmung oder durch Richten eines Elektronenstrahls auf die Metallquelle. Die Metallatome, die von der Metallquelle verdampfen, wandern durch die Vakuumkammer und lagern sich auf einem oder mehreren Halbleiterwafern, die ebenfalls in der Vakuumkammer sind, ab.
Während der Abscheidung des Metalls auf einen Halbleiterwafer kann gemäß einigen Halbleiterherstellungsprozessen der Halbleiterwafer mit einem Blockierungsmaterial bedeckt sein, das üblicherweise als „Maske“ bezeichnet wird, auf Bereichen des Wafers, in denen kein Metallfilm gebildet werden soll. Die Maske kann beispielsweise aus einer gemusterten Fotolackschicht gebildet sein (hier auch als „Abdeckmittel“ bezeichnet). Offene Bereiche in der Maske sind dort gebildet, wo sich der Metallfilm auf dem Wafer abscheiden soll. Diese offenen Bereiche können beispielsweise gebildet werden, indem eine Fotolackschicht auf einem Wafer gebildet wird, und der Fotolack mit Licht belichtet wird, das durch eine Lithographiemaske verläuft, die ein Muster enthält, das in dem Fotolack abgebildet werden soll. Der Fotolack, der dem Licht ausgesetzt wird, wird polymerisiert. Ein nachfolgender Entwicklungsschritt entfernt chemisch nichtpolymerisierten Fotolack. Der verbleibende Fotolack wird gebacken, um flüchtige Chemikalien zu entfernen. Vorzugsweise wird der verbleibende Fotolack polymerisiert, jedoch nicht vernetzt, also ausgehärtet. Aspekte und Ausführungsbeispiele der Verfahren und der hier offenbarten Vorrichtung sind nicht auf Halbleiterherstellungsprozesse beschränkt, die irgendeinen bestimmten Maskenbildungsprozess verwenden.
Nach der Abscheidung des Metallfilms wird die Maske entfernt, einschließlich jeden Metalls, das auf der Maske abgeschieden wurde, in einem Prozess, der als Metallabhebungsprozess (bzw. Lift-Off-Prozess) bekannt ist. Was zurückbleibt, ist ein Metallfilm, der in den Bereichen auf dem Halbleiterwafer gebildet ist, der nicht von der Maske blockiert bzw. bedeckt wurde.
In einigen Halbleiterherstellungsprozessen verlaufen die metallisierten Wafer durch einen „Wet-Strip-Prozess“ (nasser Strip-Prozess bzw. Entfernungsprozess) in einem Lösungsmittel, beispielsweise N-Methylpyrrolidon (NMP) oder Ethylenglykol, um den Fotolack zu lösen, der als Maske verwendet wurde, um das gewünschte Metallisierungsmuster zu definieren, um ungewolltes Metall abzuheben und einen gewünschten Bereich einer elektrischen Schaltung zu bilden.
Die am häufigsten verfügbaren Fotolacke können sich vernetzen, wenn sie übermäßiger Wärme oder Licht ausgesetzt werden. Der vernetzte oder ausgehärtete Fotolack wird nicht vollständig in „Wet-Strip“ Chemikalien aufgelöst, die in einigen Herstellungsprozessen verwendet werden. Folglich verbleibt ein Fotolackrückstand auf einem Wafer nach dem Strip-Prozess, wenn der Fotolack auf dem Wafer vor dem Strip-Prozess vernetzt. Obwohl der Fotolackrückstand normalerweise entfernt werden kann, indem nachgearbeitet wird unter Verwendung von aggressiveren nassen und/oder trockenen Strip-Prozessen, beeinträchtigen die zusätzlichen Nacharbeitungsschritte negativ den Produktionsfluss und den Herstellungszeitplan.
Wenn eine auf einem Halbleiterwafer vorhandene Verunreinigung, beispielsweise ein Fotolackrückstand oder Kleckse von Metallspritzern, wie nachfolgend diskutiert, nicht auf dem Wafer detektiert wird, kann diese Verunreinigung zu weiteren Problemen in nachfolgenden Prozessschritten führen. Derartige Probleme können beispielsweise eine schlechte Adhäsion bzw. Verklebung oder die Ebenheit nachfolgend abgeschiedener Schichten umfassen. Diese Probleme können eine Reduzierung in der Herstellungsstraßenausbeute (die Anzahl an Wafern, die während der Herstellung nicht weggeworfen werden) und/oder der Die-Ausbeute (die Menge an funktionsfähigen Vorrichtungen pro Wafer, die in dem Herstellungsprozess gebildet werden) verursachen. Nicht erkannte Verschmutzungen können auch zu Zuverlässigkeitsproblemen führen, einschließlich zu einem Ausfall einer Vorrichtung im Einsatzfeld.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Zusammenfassung wird gegeben, um eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, die nachfolgend in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Diese Zusammenfassung ist weder dazu gedacht, Hauptmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands anzugeben, noch ist es beabsichtigt, den Bereich des beanspruchten Gegenstands einzuschränken.
Die Anmelderin hat festgestellt, dass einige Fotolacke sich vernetzen können, nicht nur aufgrund der Aussetzung von Wärme oder Licht, sondern auch durch den Beschuss mit zurück gestreuten Elektronen von einem Elektronenstrahl, der verwendet wird, um ein Metall-Slug bzw. Metallstück oder Metallschmelze in einem Verdampfer zu erhitzen. Ferner hat die Anmelderin festgestellt, dass das Ausmaß der Vernetzung und der Metallspritzer von dem Ausmaß an Verunreinigungen in dem Metallstück bzw. der Metallschmelze abhängt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Ausbeuteerhöhung eines Halbleiterherstellungsprozesses bereitsgestellt, welcher ein Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystem mit einer Metallschmelze, aus der während des Betriebs des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und - abscheidungssystems Metall verdampft wird, nutzt. Das Verfahren enthält ein Anordnen einer ringförmigen Elektrode aus einem leitfähigem Material innerhalb einer Vakuumkammer des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems in einer die Metallschmelze im Wesentlichen umgebenden Position; ein Messen eines elektrischen Parameters der ringförmigen Elektrode während des Betriebs des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems; und ein Bestimmen einer Verunreinigungskonzentration in der Metallschmelze in Abhängigkeit von einer Analyse des elektrischen Parameters.
Gemäß manchen Aspekten ist die ringförmige Elektrode durch eine Vielzahl von Isolationsbolzen, die die ringförmige Elektrode in der Vakuumkammer in einer die Metallschmelze im Wesentlichen umgebenden Position abstützen, von der Metallschmelze physikalisch beabstandet, so dass ein hindernisfreier geradliniger Pfad zwischen einem Bereich der ringförmigen Elektrode und einer Oberfläche der Metallschmelze besteht und ein hindernisfreier geradliniger Pfad zwischen der Oberfläche der Metallschmelze und einem Wafer, der zur Verarbeitung in dem Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und - abscheidungssystem positioniert ist, besteht.
Gemäß manchen Aspekten isoliert die Vielzahl von Isolationsbolzen die ringförmige Elektrode innerhalb der Vakuumkammer des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und - abscheidungssystems gegenüber inneren Oberflächen des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems und gegenüber Masse isolieren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Elektrodensystem bereitgestellt, welches dazu ausgelegt ist, innerhalb einer Vakuumkammer eines Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems mit einer Metallschmelze, aus der während des Betriebs des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems Metall verdampft wird, angeordnet zu werden. Das Elektrodensystem weist auf: eine ringförmige Elektrode aus einem leitfähigem Material, welche dazu ausgelegt ist, Elektronen, die von der Metallschmelze während des Betriebs des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems zurückgestreut werden, zu sammeln, und ein elektrisches Signal an ein elektrisches Messgerät in Abhängigkeit von dem Sammeln der von der Metallschmelze zurückgestreuten Elektronen auszugeben; und eine Vielzahl von Isolationsbolzen, die die ringförmige Elektrode in der Vakuumkammer in einer die Metallschmelze im Wesentlichen umgebenden Position abstützen.
In der Offenbarung wird ein Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und - abscheidungssystem bereitgestellt. Das Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und - abscheidungssystem enthält eine Elektrode, die aufgebaut ist, um innerhalb einer Vakuumkammer des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems positioniert zu werden und gegenüber Masse isoliert zu sein, wobei die Elektrode konfiguriert ist, um derart positioniert zu werden, dass während des Betriebs des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems ein unversperrter geradliniger Weg bzw. Pfad zwischen einem Bereich der Elektrode und einer Oberfläche des Metallstücks bzw. der Metallschmelze gebildet wird, wobei die Elektrode ferner konfiguriert ist, um positioniert zu sein, einen geraden Pfad zwischen der Oberfläche des Metallstücks und einem Wafer, der positioniert ist zur Verarbeitung in dem Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystem nicht zu behindern, und ein elektrisches Messgerät, das an die Elektrode gekoppelt ist.
Dabei kann das elektrische Messgerät mindestens ein Spannungsmesser und/oder ein Strommesser sein.
Das System kann ferner eine Steuerung aufweisen, die konfiguriert ist zum Empfangen eines Signals von dem elektrischen Messgerät, um eine Änderung in dem Signal gegenüber einer Basislinie zu detektieren, und um einen Benutzer über die Signaländerung zu alarmieren.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu. In den Zeichnungen ist jede identische oder fast identische Komponente, die in verschiedenen Figuren dargestellt ist, mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Für Klarheitszwecke kann es sein, dass nicht jede Komponente in den Zeichnungen benannt ist. In den Zeichnungen zeigen:

1 ein SEM (Scanning Electron Microscope)-Bild bzw. Abtastelektronenmikroskopbild eines Fotolackrückstands auf einer Oberfläche eines Halbleiterwafers;
2 ein SEM-Bild eines Fotolackrückstands in einer Querschnittsansicht eines Halbleiterwafers;
3 ein Flussdiagramm eines Bereichs eines herkömmlichen Halbleiterherstellungsprozessflusses;
4 eine Querschnittsansicht eines Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und - abscheidungssystems mit einem Elektrodensystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine isometrische Ansicht der Elektrode von 4, die in einer Abscheidungskammer eines Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und - abscheidungssystems montiert ist;
6 eine schematische Ansicht eines elektrischen Messgeräts, das elektrisch mit einer Elektrode gekoppelt ist;
7 ein Computersteuerungssystem, das verwendet werden kann in einem oder in mehreren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
8 ein Speichersystem, das mit dem Computersteuerungssystem von 7 verwendet werden kann;
9 ein Flussdiagramm eines Bereichs eines Halbleiterherstellungsprozessflusses gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 eine graphische Darstellung von Elektronenstrahlleistungs- und Spannungsablesungen von einem Test einer Elektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die in einem Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und - abscheidungssystem montiert ist;
11 eine graphische Darstellung von Elektronenstrahlleistungs- und Spannungsablesungen von einem anderen Test einer Elektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die in einem Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystem montiert ist; und
12 eine graphische Darstellung von Elektronenstrahlleistungs- und Spannungsablesungen von einem anderen Test einer Elektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die in einem Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystem montiert ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Erfindung ist in ihrer Anwendung nicht auf die Aufbaudetails und die Anordnung der Komponenten beschränkt, die in der folgenden Beschreibung angegeben oder in den Zeichnungen verdeutlicht sind. Die Erfindung umfasst andere Ausführungsbeispiele und praktische Umsetzungen oder kann in verschiedener Art und Weise ausgeführt werden. Die Ausdrucksweise und Terminologie, die hier verwendet werden, dienen zum Zweck der Beschreibung und sollen nicht als einschränkend angesehen werden. Die Verwendung von „umfassen“, „enthalten“ oder „aufweisen“, „haben“, „umschließen“ und Variationen davon sollen die nachfolgend aufgelisteten Gegenstände und Begriffe und Äquivalente davon sowie zusätzliche Begriffe mit umfassen.
Die vorliegende Offenbarung richtet sich allgemein an Systeme und Verfahren zum Detektieren von Verunreinigungen in Metallstücken, die in Elektronenstrahl(e-Strahl)metallverdampfungs- und -abscheidungssystemen verwendet werden (im Folgenden hier einfach als „Verdampfer“, „e-Strahlverdampfer“ oder „Metallverdampfer“ bezeichnet). Es ist wünschenswert, Verunreinigungen in diesen Metallstücken zu detektieren, bevor viele Wafer durch einen Verdampfer bearbeitet werden, der ein verunreinigtes Metallstück enthält. Die Verunreinigungen können verschiedene Formen von Defekten verursachen, die auf Wafern beobachtet werden können, die durch ein e-Strahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystem verarbeitet werden, oder die nicht unmittelbar beobachtbar sind, sondern zu Fehlern während nachfolgender Verarbeitungsschritte oder im Einsatzgebiet führen.
Verunreinigungen, wie beispielsweise Kohlenstoff, können in Gold-Slugs bzw. Goldstücken oder Goldschmelzen vorhanden sein. Kohlenstoff kann während des Zieh- und Gesenkprozesses der Goldstück-Herstellung entstehen, wo Öl als Schmiermittel verwendet wird. Schlechte Reinraumpraktiken und ungeeignete Handhabungstechniken während eines Ersetzens eines Goldstücks in einen Verdampfer können ebenfalls Kohlenstoff in das Goldstück einbringen.
Verunreinigungen, wie beispielsweise Kohlenstoff in einem Gold-Metallstück, verursachen zurück gestreute Elektronen mit hoher Energie, die erzeugt werden, wenn das Metallstück durch einen Elektronenstrahl erhitzt wird, um Gold zu verdampfen. Diese zurück gestreuten Elektronen können Bereiche des Fotolacks auf den Wafern treffen, die in dem Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystem zu verarbeiten sind, und verursachen eine Vernetzung des Fotolacks. Der vernetzte Fotolack kann, wie oben beschrieben, nicht vollständig in einem nachfolgenden Fotolackabtragungsprozess entfernt werden, wodurch ein Fotolackrückstand zurück gelassen wird, der ein Nacharbeiten und/oder ein zusätzliches Reinigen des Wafers notwendig macht, um diesen zu entfernen. Beispiele von Fotolackrückständen 10, die auf Halbleiterwafern gemäß diesem Mechanismus gebildet werden, sind in den 1 und 2 gezeigt.
Ein Elektronenstrahl, der auf ein geschmolzenes Metallstück trifft, erzeugt auch eine Emission von Sekundärelektronen von dem Metallstück. Die Sekundärelektronen werden aus Elektronen in dem Elektronenstrahl gebildet, der Elektronen aus Atomen in dem Metallstück heraus frei schlägt, oder aus Elektronen in dem Elektronenstrahl, die absorbiert und dann von einem Atom in dem Metallstück zurück emittiert werden. Die Sekundärelektronen haben typischerweise Energien weit unter denen der zurück gestreuten Elektronen, und folglich tragen sie nicht so viel zur Fotolackvernetzung bei wie die zurück gestreuten Elektronen, wenn überhaupt.
Kohlenstoffverunreinigungen in einem geschmolzenen Goldstück schwimmen zur Oberfläche des geschmolzenen Stücks, wo sie eine „Haut“ bilden. Wenn ein Elektronenstrahl, der auf die Oberfläche des Goldstücks gerichtet ist, auf den Kohlenstoff trifft, werden einige der Elektronen des Elektronenstrahls elastisch zurück gestreut. Die zurück gestreuten Elektronen übertragen nicht effektiv ihre Energien an das Goldstück, um das Gold aufzuschmelzen. Die zurück gestreuten Elektronen bleiben typischerweise größtenteils erhalten, wenn nicht sogar die gesamte Energie, die ihnen bei der Bildung des Elektronenstrahls verliehen wurde. Die Energie der zurück gestreuten Elektronen liegt bei ungefähr 10 Kilovolt in einem typischen e-Strahlmetallverdampfungssystem. Wenn die zurück gestreuten Elektronen einen Bereich des Fotolacks auf einem Wafer, der in einem Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystem zu verarbeiten ist, in ausreichender Anzahl erreichen, können sie ausreichend Energie an den Fotolack abgeben, um eine Vernetzung des Bereich des Fotolacks zu verursachen.
Der genaue Grund, warum Kohlenstoffteilchen in einem geschmolzenen Goldstück dazu neigen Elektronen von einem verwendeten Elektronenstrahl zurück zu streuen, ist nicht vollständig verstanden. Es ist jedoch festgestellt worden, dass ein Material in einer Festphase erheblich mehr freie Elektronen erzeugt, wenn es von einem Elektronenstrahl getroffen wird, als wenn es in einer Flüssigphase ist. Wenn der Elektronenstrahl eine feste Quelle trifft, erzeugt er viele energiegeladene Elektronen. Wenn die Quelle geschmolzen ist, fällt der Emissionspegel ab. Aufgrund seines sehr hohen Schmelzpunkts bleibt der Kohlenstoff in seiner festen Form in dem geschmolzenen Goldstück bei den Temperaturen, die typischerweise in Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und - abscheidungssystemen verwendet werden, und kann folglich effektiv den Elektronenstrahl daran hindern, dass Gold in der Schmelze zu erreichen und aufzuschmelzen, wodurch Elektronen elastisch zurück gestreut werden, anstatt von dem Goldstück absorbiert zu werden.
Seitenwände des gemusterten Fotolacks, der als Maske verwendet wird für einen Metallabscheidungsprozess, werden während des gesamten Abscheidungsprozesses belichtet, wohingegen, wenn der Metallabscheidungsprozess weiter geht, die Oberfläche des Fotolacks abgeschirmt wird, wenn sie mit Metall bedeckt wird. Der Fotolack unter großen metallisierten Bestandteilen wird vor weiterer Beschießung durch zurück gestreute Elektronen abgeschirmt, sobald die ersten hundert Angström Metall abgeschieden sind. Die Fotolackseitenwände werden folglich mehr vernetzt als die Oberfläche des Fotolacks. Dies führt zu einem linienähnlichen Muster oder Seitenmuster des Fotolackrückstands, nachdem der verbleibende Fotolack chemisch entfernt worden ist, wie in 1 gezeigt.
Kohlenstoffverunreinigungen in Goldstücken bzw. Goldschmelzen können auch zu Goldspritzer beitragen, wobei Tröpfchen von flüssigem Gold aus dem geschmolzenen Metallstück ausgestoßen werden. Diese geschmolzenen Tröpfchen können sich auf Wafern abscheiden, die in dem Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystem zu verarbeiten sind, und können in manchen Fällen Kurzschlüsse zwischen benachbarten Metalllinien oder anderen Strukturen auf Vorrichtungen verursachen, die auf dem Wafer zu bilden sind. Beispielsweise kann ein Gold-Klecks („spit“) auf einer inneren Fläche einer Elektrode eines MIM (Metal-Insulator-Metal = Metall-Isolator-Metall)-Kondensators Zuverlässigkeitsprobleme verursachen. Die Goldteilchen, die durch Goldspritzer („spittings“) abgeschieden werden, können auch Sondennadeln oder teure Membransonden, die beim Testen der Mikrochipschaltung verwendet werden, beschädigen.
In einigen Halbleiterherstellungsprozessen ist der Versuch unternommen worden, Defekte zu reduzieren, die durch Kohlenstoffverunreinigungen in Goldstücken, die in Goldverdampfern verwendet werden, verursacht werden, indem dem Goldstück Tantal zugesetzt wird. Das Tantal gettert den Kohlenstoff, wodurch die Kohlenstoffmenge, die frei wird, um einen Film auf der Oberfläche des geschmolzenen Stücks zu bilden und „Sputtern“ oder Elektronenrückstreuen zu verursachen, reduziert wird. Dieser Ansatz ist jedoch nicht problemlos. Schmelztiegel, die in Elektronenstrahlverdampfern verwendet werden, um Goldstücke (oder andere Metallstücke) zu halten, sind typischerweise aus Materialien, wie beispielsweise Molybdän, Wolfram, Siliciumcarbid oder Kohlenstoff gebildet. Die Hinzugabe von Tantal zu dem Goldstück bzw. der Goldschmelze kann ein Anfeuchten eines Schmelztiegels mit sich bringen, der das Goldstück hält. Wenn ein Schmelztiegel durch geschmolzenes Gold benetzt wird, kann der Schmelztiegel aufgrund unterschiedlicher thermischer Kontraktion zwischen dem Material des Schmelztiegels und des Goldes beim Abkühlen brechen. Ferner hat die Hinzugabe von Tantal zu dem Goldstück bzw. der Goldschmelze nicht in allen Fällen einen sputter-freien Prozess zur Folge. Folglich wäre eine Identifikation eines verunreinigten Stücks wünschenswert, bevor er Defekte auf einer signifikanten Anzahl von Wafer verursacht, anstatt dem Versuch, die Auswirkungen potenzieller Verunreinigungen durch beispielsweise die Hinzugabe von Gettermaterialien zu dem Metallstück zu mildern.
Ein typischer Halbleiterherstellungsprozess enthält im Allgemeinen eine Reihe von Prozessschritten, die ähnlich zu denen in dem Flussdiagramm von 3 dargestellten sind. Ein Metallabscheidungsprozess enthält typischerweise die Schritte 410-450 in 3. In Schritt 410 werden die Wafer gereinigt, indem sie beispielsweise in eine Säurelösung eingetaucht werden, wie beispielsweise Salzsäure. Nach der Vor-Abscheidungsreinigung werden die Wafer in einen Metallverdampfer geladen (Schritt 420) und ein Metallabscheidungsvorgang gestartet (Schritt 430). Bei Beendigung der Metallabscheidung werden die Wafer aus dem Metallverdampfer entfernt (Schritt 440) und eine andere Charge von vorgereinigten Wafer wird in den Verdampfer eingeführt (Schritt 450).
Die Wafer, die die Metallabscheidung erhalten haben, werden einem Abhebungsprozess (liftoff Prozess) unterzogen (Schritt 460), wobei ein Fotolack und/oder eine andere Metallabscheidungsmaske, die verwendet worden sind, von den Wafer entfernt wird, zusammen mit Metall, das auf der Maske abgeschieden ist. Die Wafer kommen dann typischerweise zu einem Prüfungsvorgang (Schritt 470), wo ein Bereich geprüft wird, oder in einigen Prozessen alle Bereiche der Wafer, beispielsweise durch ein automatisiertes optisches Prüfwerkzeug. In manchen Prozessen erfolgt der Prüfvorgang manuell. Während des Prüfvorgangs 470 wird bestimmt, ob Defekte, wie beispielsweise Fotolackrückstände oder Metallspritzer auf den verarbeiteten Wafer vorhanden sind (Schritt 480). Wenn weniger als eine vorbestimmte Anzahl von Defekten beobachtet wird, werden die verarbeiteten Wafer zu weiteren Verarbeitungsvorgängen gegeben und die Verarbeitung der Wafer in dem Verdampfer wird fortgesetzt (Schritt 490).
Wenn jedoch eine nicht akzeptable Anzahl von Defekten auf untersuchten bzw. geprüften Wafer beobachtet wird, wird der Verdampfer außer Betrieb gesetzt (Schritt 500) und einer Fehlerbehebung unterworfen (Schritt 520). Wafer, die durch den Metallverdampfer verarbeitet worden sind und einer Charge folgen, für die festgestellt worden ist, dass sie Wafer enthält, die Defekte von dem Metallabscheidungsprozess aufweisen, wird misstraut. Wenn die Defekte, die in der ersten schlechten Charge entdeckt worden sind, in der Tat durch ein Problem verursacht worden sind, wie beispielsweise durch Verunreinigung des Metallstücks in dem Verdampfer, ist es sehr wahrscheinlich, dass die Chargen, die nachfolgend zu der ersten entdeckten schlechten Charge verarbeitet werden, ebenfalls Defekte aufgrund des verunreinigten Metallstücks haben. Diese Chargen müssen folglich ebenfalls mit hoher Wahrscheinlichkeit nachbearbeitet oder verworfen werden. Eine Auswahl von Wafern, oder in manchen Fällen alle Wafer, die durch den Verdampfer verarbeitet wurden, nachdem in Schritt 480 festgestellt worden sind, dass Wafer eine nicht akzeptable hohe Anzahl von Defekten aufweisen, werden folglich geprüft (Schritt 510).
Es erfolgt eine Bestimmung, ob diese nachfolgend verarbeiteten Wafer ebenfalls einen nicht akzeptablen Wert von Defekten haben (Schritt 530). Wenn die Wafer akzeptabel erscheinen, werden sie zur normalen weiteren Verarbeitung weiter gegeben (Schritt 540). Wenn jedoch diese Wafer eine nicht akzeptable hohe Anzahl von Defekten zeigen, erfolgt eine Bestimmung, ob sie nachbearbeitet werden (Schritt 550), beispielsweise durch einen zusätzlichen Reinigungsvorgang, um die festgestellten Fotolackrückstände zu entfernen.
Wenn bestimmt wird, dass die Wafer nachzubearbeiten sind, werden sie nachbearbeitet (Schritt 560) und dann zur weiteren Verarbeitung weiter gegeben (Schritt 540). In manchen Fällen werden die nachbearbeiteten Wafer erneut geprüft, bevor sie zur weiteren Verarbeitung weiter gegeben werden. Wenn in Schritt 560 bestimmt wird, dass die Wafer nicht nachbearbeitbar sind, beispielsweise wenn sie eine nicht akzeptable hohe Anzahl von nicht entfernbaren Metallspritzern haben, dann werden die Wafer verworfen bzw. entsorgt (Schritt 570).
Zwischen dem Zeitpunkt, bei dem eine schlechte Metallschmelze beginnt, das Auftreten von Defekten auf Wafer zu verursachen, und dem Zeitpunkt, bei dem diese Defekte in einem nachfolgenden Prüfschritt entdeckt werden, können in einem typischen Halbleiterherstellungsprozess viele Chargen von Wafer durch einen Metallverdampfer verarbeitet werden. Viele Chargen von Wafer können beeinträchtigt sein, bevor das Problem mit dem Metallstück entdeckt wird. Eine verunreinigte Metallschmelze kann folglich signifikante Kosten verursachen, die verursacht werden durch Zeit und Produktionskapazität, um die Wafer beispielsweise durch Entfernen von Fotolackrückständen nachzubearbeiten. Signifikante Kosten können auch entstehen, wenn die Defekte, die auf den Wafer gefunden werden, nicht durch einen Nachbearbeitungsprozess beseitigt werden können, und die beeinträchtigten Wafer entsorgt werden müssen.
Um eine Reduzierung dieser potenziellen Ausfälle zu lindern, ist ein Verfahren und eine Vorrichtung entwickelt worden, um das Vorhandensein eines verunreinigten Metallstücks in einem Verdampfer in kürzerer Zeit zu detektieren, als in zuvor bekannten Prozessen, und in manchen Ausführungsbeispielen sogar in Echtzeit während des Betriebs des Verdampfers. Es ist entdeckt worden, dass bei der Herstellung einer Elektrode 510 (siehe 4 und 5), die an das Innere einer Verdampferabscheidungskammer 505 angepasst ist, die gesamte Elektronenstrahlung, die von einem Metallstück (beispielsweise einem Goldstück) entsteht, während des Betriebs des Verdampfers, überwacht werden kann. In manchen Ausführungsbeispielen ist die Elektrode 510 elektrisch von den inneren Oberflächen 515 des Verdampfers und gegenüber Masse 550 durch einen oder mehrere Abstandsmittel bzw. Bolzen 520 isoliert. In manchen Ausführungsbeispielen ist die Elektrode elektrisch an ein Hochimpedanzspannungsmessgerät 710 und/oder Strommessgerät gekoppelt (siehe 6).
In manchen Ausführungsbeispielen werden die Elektrode 510 und/oder die Isolationsbolzen 520 zusammen mit anderen verschiedenen Teilen der Verdampferabschirmung während regulärer angesetzter präventiver Wartungsarbeiten gereinigt oder ersetzt.
Während des Betriebs wird ein Elektronenstrahl 537 durch eine Elektronenkanone 535 erzeugt und auf das Metallstück in dem Schmelztiegel 530 gerichtet. Die Elektronen, die durch den Elektronenstrahl 537 erzeugt werden, treffen auf das Metallstück, werden zurück gestreut und treffen die Elektrode 510, wodurch eine negative Spannung und/oder ein negativer Strom von der Elektrode induziert wird. Die gemessene Spannung ist proportional zu der Menge an zurück gestreuten Elektronen, die erzeugt worden sind, und folglich zu dem Ausmaß an Verunreinigungen in der Metallschmelze, beispielsweise Kohlenstoffverunreinigungen in einer Goldschmelze. Je höher die Kohlenstoffkonzentration in einer Goldschmelze, desto negativer ist die Spannung auf der Elektrode. In ähnlicher Weise, je größer die Kohlenstoffkonzentration in einem Goldstück, desto mehr zurück gestreute Elektronen treffen auf die Elektrode, und desto größer ist der erzeugte Strom. Wenn das Ausmaß an Kohlenstoff in dem Goldstück einen Schwellenwert erreicht hat, wie durch die Spannung der Elektrode und/oder einem Strom, der durch die Elektrode erzeugt wird, angegeben, treten Fotolackvernetzung und/oder Goldspritzer auf. Die Spannung an der Elektrode und/oder der Strom, der von der Elektrode erzeugt wird, können folglich überwacht werden, und der Verdampfer kann abgeschaltet werden, um das Metallstück zu ersetzen, wenn die Spannung und/oder der Strom einen Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Die Spannung, die an der Elektrode erzeugt wird, ist in manchen Ausführungsbeispielen eine negative Spannung, so dass ein Überschreiten eines Schwellenwerts ein Anzeigen einer Spannung ist, die negativer als eine negative Schwellenwertspannung ist.
Wie oben beschrieben, ohne die Detektion der Verunreinigung oder der Verunreinigungen in dem Metallstück während des Metallabscheidungsprozesses, können Probleme (beispielsweise Goldspritzer und/oder Fotolackvernetzung) für viele Produktionsdurchläufe unentdeckt bleiben, bis die beeinträchtigten Wafer die Prüfung erreichen, die sehr viel später in dem Herstellungsprozess durchgeführt wird. Dies kann zu vielen verworfenen Chargen und Ertragseinbußen führen. Manche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können die Ursache dieser Probleme identifizieren, sobald diese beginnen aufzutreten.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können einem Benutzer eine Anzeige bereitstellen, wann ein Wechsel einer Metallquelle in einem Verdampfer zu erfolgen hat. In manchen Ausführungsbeispielen erfolgt diese Anzeige, bevor die Probleme auftreten, wie beispielsweise Fotolackvernetzung und/oder Metallspritzer. Durch Überwachen des Elektrodenpotenzials oder in manchen Ausführungsbeispielen des Stroms kann eine geeignete Schwellenwertspannung oder Schwellenwertstrom gebildet werden, die/der die Notwendigkeit für eine sofortige Ersetzung eines verunreinigten Metallstücks anzeigt.
Wie in den 4 und 5 gezeigt, wird in einem Ausführungsbeispiel die Elektrode 510 in der Form eines verkupferten Rings hergestellt. Es gibt zwei Gründe für die Verwendung von Kupfer als Elektrodenmaterial. Erstens ist Kupfer ein sehr guter Leiter. Zweitens ist Kupfer ein Metall, das kompatibel ist zu Hochvakuumsystemen. Jedoch kann irgendein leitfähiges Metall, das vakuumkompatibel ist (beispielsweise rostfreier Stahl), in einem kommerziellen System verwendet werden, da die vorliegende Erfindung nicht auf einen bestimmten Typ von Elektrodenmaterial eingeschränkt ist.
Die Isolationsbolzen 520, die die Elektrode 510 gegenüber inneren Oberflächen 515 des Verdampfers und gegenüber Masse isolieren, sind in diesem Ausführungsbeispiel aus Aluminiumoxid gebildet, einem isolierenden Keramikmaterial. In anderen Ausführungsbeispielen sind die Isolationsbolzen 520 aus anderen Keramiken gebildet, beispielsweise Titandioxid, Siliziumdioxid (Quarz) oder herkömmlichen Glas. In anderen Ausführungsbeispielen sind die Bolzen 520 aus einem Kunststoffmaterial gebildet, beispielsweise PVDF. Irgendein nicht leitendes Material, das vakuumkompatibel ist, und das eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist, um eine Elektrode abzustützen, kann für die Bolzen 520 verwendet werden.
In dem in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Elektrode 510 in der Verdampferabscheidungskammer 505 derart platziert, dass, wenn der Verdampfer in Betrieb ist, es einen hindernisfreies Weg bzw. Pfad zwischen der Elektrode 510 und einem in einem Schmelztiegel 530 innerhalb des Verdampfers enthaltenem Metallstück gibt. Die Elektrode 510 ist auch derart positioniert, dass sie keinen Weg 551 behindert, zwischen dem Metallstück und den Positionen auf einer Wafer-Trägerstruktur 540, wo die Wafer während der Metallabscheidung in dem Verdampfer montiert sind. Diese Anordnung der Elektrode ermöglicht es der Elektrode von dem Metallstück zurück gestreute (und sekundäre) Elektronen zu sammeln, verhindert aber nicht, dass Metall auf den Wafern abgeschieden wird.
Obwohl als verkupferter Ring dargestellt, kann die Elektrode in alternativen Ausführungsbeispielen irgendeine Form und Konfiguration haben. In einem Ausführungsbeispiel hat die Elektrode beispielsweise die Form von einem oder mehreren Ringen aus Draht. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Elektrode aus einer Mehrzahl von Platten innerhalb der Verdampfungsabscheidungskammer gebildet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Elektrode 510 aus einem Metallschirm gebildet. Der Fachmann auf diesem Gebiet ist in der Lage, die Elektrode 510 in irgendeiner von einer Anzahl von Formen und Größen auszubilden, um in ein bestimmtes Verdampfermodell zu passen.
Im Betrieb werden eine Spannung und/oder ein Strom, die auf der Elektrode 510 während des Betriebs eines Verdampfers erzeugt werden, der ein bekanntes gutes (also minimal verunreinigtes) Metallstück verwendet, überwacht, um einen Basislinienpegel für die Spannung und/oder den Strom zu bilden. Mehrere Spannungs- und/oder Stromdatenpunkte werden mit der Zeit und mit einer gegebenen Frequenz erfasst, beispielsweise alle halbe Sekunde ein Datenpunkt, oder in manchen Ausführungsbeispielen ein Datenpunkt pro Sekunde. Andere Ausführungsbeispiele können eine Datenabtastfrequenz mit irgendeiner Rate verwenden, die geeignet ist oder innerhalb der Fähigkeiten einer Datenprotokolliereinrichtung liegt, die in Verbindung mit der Elektrode verwendet wird. Diese Datenpunkte werden verwendet, um einen Basislinienmittelwert, einen Basislinienbereich oder eine Standardabweichung zu erzeugen, oder in manchen Ausführungsbeispielen beides, einen Basislinienmittelwert und eine Standardabweichung, oder einen Bereich für eine Spannung und/oder einen Strom, die/der von der Elektrode erzeugt werden/wird, während des Betriebs des Verdampfers mit einem bekanntem guten Metallstück.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um Verunreinigungen in mehreren Typen von Metallstücken zu detektieren, beispielsweise Gold, Aluminium, Titan oder andere Metalle, die in einem Metallverdampfer verwendet werden können. Diese unterschiedlichen Metalle erzeugen unterschiedliche Mengen von zurück gestreuten und sekundären Elektronen, wenn sie von einem Elektronenstrahl getroffen werden. Die Menge von zurück gestreuten und sekundären Elektronen, die erzeugt wird, variiert auch in Abhängigkeit von dem speziellen Modell des Verdampfers, der verwendet wird, und von der Intensität des Elektronenstrahls, der für das Metallstück verwendet wird. Ferner beeinträchtigen das spezielle Design, die Form, die Positionierung und das Material oder die Materialien der Konstruktion einer bestimmten Elektrode die Menge von Elektronen, die die Elektrode erfasst. Eine Spannungsbasislinie und/oder Strombasislinie, die durch einen speziellen Typ von Metallstück in einem bestimmten Verdampfer mit einer bestimmten Elektrodenkonfiguration erzeugt wird, ist folglich im Allgemeinen nicht gleich zu einer Basislinie, die von einem anderen Verdampfer mit einem anderen Typ von Metallstück und/oder Elektrodenkonfiguration erzeugt wird. Differenzen zwischen einer gebildeten Spannungsbasislinie und/oder Strombasislinie, die von einem sauberen Metallstück gebildet werden und eine Verschiebung dieser Basislinie, die kennzeichnend ist für ein verunreinigtes Stück, können jedoch detektiert werden, ungeachtet des oder der gebildeten Basislinienparameter.
Eine gebildete Basislinie kann auch von einem Metallstück zu einem anderen in dem gleichen Verdampfer variieren, beispielsweise aufgrund der Ablagerung von Metall auf der Elektrode im Laufe der Zeit, oder aufgrund Differenzen bezüglich Größe, Form oder Oberflächeneigenschaften der verschiedenen Metallstücke. Eine gebildete Spannungs- und/oder Strombasislinie für eine Elektrode in einem Verdampfer würde in einigen Ausführungsbeispielen periodisch rekalibriert werden, wenn (oder nachdem) ein Metallstück in dem Verdampfer Masse verliert (oder verloren hat) aufgrund der Verdampfung, wodurch eine Konzentration von nicht verdampften verunreinigtem Material erhöht wird, wenn (oder nachdem) die Elektrode abgeschiedenes Metall ansammelt (oder angesammelt hat), oder beides.
In anderen Ausführungsbeispielen sind die Parameter (beispielsweise Mittelwert, Bereich und/oder Standardabweichung) einer Spannungs- und/oder Strombasislinie im Wesentlichen für verschiedene Verdampfer gleich, die ähnliche oder gleiche Vakuumkammer- und Elektrodenkonfigurationen haben. In manchen Ausführungsbeispielen sind folglich die Parameter einer Spannungs- und/oder Strombasislinie, die für einen Verdampfer gebildet worden sind, anwendbar auf andere ähnlich konfigurierte Verdampfer. In einigen Ausführungsbeispielen ist es folglich nicht erforderlich, eine Spannungs- und/oder Strombasislinie für einen bestimmten Typ von Metallstück für jeden individuellen Verdampfer zu bilden. Vielmehr liefern eine Spannungsbasislinie und/oder eine Strombasislinie, die gebildet werden unter Verwendung eines bekannten guten Metallstücks (und in manchen Ausführungsbeispielen eines bekannten verunreinigten Metallstücks) für einen repräsentativen Verdampfer die Daten, um akzeptable Schwellenwerte und/oder Steuerungsgrenzen für Parameter der Elektrodenspannung und/oder des Elektrodenstroms zu bilden, die verwendet werden können, um das Vorhandensein von potenziell verunreinigten Metallstücken in irgendeiner Gruppe von ähnlich konfigurierten Verdampfern zu überwachen. In manchen Ausführungsbeispielen kalibriert der Hersteller der Verdampfer die Verdampfer, um bestimmte Parameter der Elektrodenspannung und/oder des Elektrodenstroms für gute und verunreinigte Metallstücke bzw. Metallschmelzen zu erzeugen. Diese Herstellerkalibrierung kann in manchen Ausführungsbeispielen die Notwendigkeit für einen Benutzer eines Verdampfers reduzieren oder eliminieren, Basislinienmessungen durchzuführen, um Steuerungsgraphen für elektrische Parameter zu bilden, die an der Elektrode gemessen werden, die verwendet werden können, um zwischen guten und verunreinigten Metallstücken zu unterscheiden.
Sobald eine Basislinie bezüglich Spannung und/oder Strom gebildet ist, ist eine Abweichung der Parameter von dieser Basislinie kennzeichnend für eine potenzielle Verunreinigung eines Metallstücks. Beispielsweise ist eine nach unten Verschiebung der Spannung und/oder eine Erhöhung des Strom zu der Elektrode hin oder von dieser weg, während des Betriebs eines Verdampfers kennzeichnend für eine mögliche Erhöhung der Anzahl von zurück gestreuten Elektronen, die erzeugt werden, und folglich für eine potenziell verunreinigte Metallschmelze. Ähnlich ist eine Erhöhung der Standardabweichung oder eines Bereichs von Ablesungen ebenfalls in einigen Ausführungsbeispielen kennzeichnend für ein verunreinigtes Metallstück. In manchen Ausführungsbeispielen zeigt ein beobachtetes Spannungssignal von einer Elektrode in einem Verdampfer mit einem bestimmten Basislinienmittelwert und einer Standardabweichung beides, eine nach unten Verschiebung im Mittelwert und eine Erhöhung in der Standardabweichung bei einer Verunreinigung einer Oberfläche der Metallschmelze.
Irgendeine Anzahl von anderen Änderungen in dem elektrischen Signal, das an der Elektrode gemessen wird, kann verwendet werden, um eine Anzeige eines möglichen verunreinigten Metallstücks bereitzustellen. Beispielsweise kann ein Trend in den Spannungsablesungen und/oder Stromablesungen (also eine erste Ableitung einer Kurve, die aus einer Reihe von Datenpunkten gebildet wird) kennzeichnend sein für eine potenziell verunreinigte Metallschmelze, wenn der Trend eine Größe hat, die statistisch unwahrscheinlich bei einer natürlichen Schwankung der Ablesungen ist. In anderen Ausführungsbeispielen kann eine Änderung in einem Bewegungsdurchschnitt einer Serie (beispielsweise drei oder fünf Ablesungen in einer Reihe) von Spannungs- und/oder Stromablesungen, die statistisch unwahrscheinlich sind für natürliche Schwankungen in den Ablesungen, kennzeichnend sein für eine potenziell verunreinigte Schmelze. In weiteren Ausführungsbeispielen kann eine Änderung in einem Bereich, die für eine Serie von Datenpunkten (beispielsweise die letzten drei oder fünf Ablesungen in einer Reihe verglichen zu einer Reihe von vorherigen Ablesungen) festgestellt worden ist, die statistisch unwahrscheinlich sind für die natürliche Schwankung in den Ablesungen, kennzeichnend sein für eine potenziell verunreinigte Schmelze.
Ein Fachmann für die Prozesssteuerung ist in der Lage, um einen Satz von Basislinienspannungs- und/oder Stromablesungen herum Steuerungsgrenzen einzustellen (beispielsweise statistische Prozesssteuerungsgrenzen), die, wenn sie verletzt werden, kennzeichnend sind für eine potenziell verunreinigte Metallschmelze. In manchen Ausführungsbeispielen werden Steuerungsdiagramme für Spannungs- und/oder Stromablesungen von einer Elektrode gebildet, und Datenpunkte für die Spannungs- und/oder Stromablesung auf diesen Steuerungsdiagrammen aufgetragen. Wenn die aufgetragenen Datenpunkte eine oder mehrere statistische Prozesssteuerungsregeln (SPC-Regeln) verletzen, ist dies kennzeichnend für eine potenziell verunreinigte Metallschmelze.
In manchen Ausführungsbeispielen können Steuerungsdiagramme gebildet und aufgetragene Datenpunkte überwacht werden in Bezug auf Verletzungen von einer oder von mehreren Western-Electric-SPC-Regeln. Diese Regeln sind:

1) Ein Punkt außerhalb einer oberen oder unteren Steuerungsgrenze Die obere und untere Steuerungsgrenze sind bei drei Standardabweichungen von dem Mittelwert eingestellt. Wenn ein Punkt außerhalb von irgendeiner dieser Grenzen liegt, besteht nur eine 0,3% Wahrscheinlichkeit, dass dies durch den normalen Prozess verursacht wurde.
2) Acht Punkte auf der gleichen Seite des Mittelwerts Es besteht eine ausgeglichene Wahrscheinlichkeit, dass irgendein gegebener Punkt über oder unter den Mittelwert fällt. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Punkt auf die gleiche Seite des Mittelwerts fällt, wie zuvor, beträgt eins zu zwei. Die Wahrscheinlichkeit, dass der nächste Punkt ebenfalls auf die gleiche Seite des Mittelwerts fällt, beträgt eins zu vier. Die Wahrscheinlichkeit für acht Punkte auf der gleichen Seite des Mittelwerts beträgt nur ungefähr 1%.
3) Acht Punkte, die ansteigen oder abfallen Die gleiche Logik wird hier verwendet, wie für „Acht Punkte auf der gleichen Seite des Mittelwerts“. Manchmal wird diese Regel geändert in sieben Punkte, die ansteigen oder abfallen.
4) Zwei von drei Punkten außerhalb von Warngrenzen Die Warngrenzen werden üblicherweise bei zwei Standardabweichungen (also zwei Sigma) von dem Mittelwert eingestellt. Die Wahrscheinlichkeit, dass irgendein Punkt außerhalb der Warngrenze liegt, beträgt nur 5%. Die Wahrscheinlichkeit, dass zwei von den drei Punkten außerhalb der Warngrenze liegen, beträgt nur ungefähr 1%.
5) Vier von fünf Punkten fallen außerhalb eines Sigmas In der normalen Verarbeitung fallen 68% der Punkte innerhalb eines Sigmas des Mittelwerts, und 32% fallen außerhalb. Die Wahrscheinlichkeit, dass vier von fünf Punkten außerhalb eines Sigmas sind, beträgt nur ungefähr 3%.
6) Vierzehn Punkte mit wechselnder Richtung Diese Regel behandelt jedes Paar von benachbarten Punkten als eine Einheit. Die Wahrscheinlichkeit, dass der zweite Punkt immer größer ist als (oder immer kleiner als) der vorangegangene Punkt ist für alle sieben Paare nur ungefähr 1%.
7) Fünfzehn Punkte in einer Reihe innerhalb eines Sigmas Im normalen Betrieb liegen 68% der Punkte innerhalb eines Sigmas des Mittelwerts. Die Wahrscheinlichkeit, dass 15 Punkte in einer Reihe dies tun, beträgt weniger als 1%.
8) Acht Punkte in einer Reihe außerhalb eines Sigmas Da 68% der Punkte innerhalb eines Sigmas des Mittelwerts liegen, ist die Wahrscheinlichkeit, dass acht Punkte in einer Reihe außerhalb der Ein-Sigma-Linie fallen, weniger als 1%.

In anderen Ausführungsbeispielen können Steuerungsdiagramme verwendet werden, in denen Verletzungen von einer oder mehreren der Wheeler- oder Nelson-SPC-Regeln (die denjenigen gut bekannt sind, die vertraut sind mit statistischer Prozesssteuerung) können als Indikator für ein potenziell verunreinigtes Metallstück verwendet werden.
In manchen Ausführungsbeispielen wird eine Spannung und/oder ein Strom von einer Elektrode in einem arbeitenden Verdampfungssystem automatisch periodisch gemessen durch ein Voltmeter und/oder ein Amperemeter, und die Messungen, werden in einen Überwachungscomputer oder eine Steuerung eingegeben, der programmiert ist zur Ausgabe einer Warnung, wenn der gemessene Parameter oder die Parameter über oder unter einen Schwellenwert driften, außerhalb eines Bereichs liegen, der als akzeptabel angesehen wird, oder ein oder mehrere SPC-Regeln verletzen. In manchen Ausführungsbeispielen wird ein akzeptabler Schwellenwert oder ein Bereich für den gemessenen Parameter vorher bestimmt durch Durchführen von Basislinienmessungen von der Elektrode für den speziellen Verdampfer, der das spezielle Metallstück (Metallschmelze), das überwacht wird, verwendet.
In abweichenden Ausführungsbeispielen kann ein Überwachungscomputer oder eine Steuerung zur Überwachung elektrischer Parameter einer Elektrode 510 in irgendeiner Form ausgebildet sein. In einem Beispiel wird eine Computersteuerung für Ausführungsbeispiele des Systems, das hier offenbart ist, implementiert, indem eines oder mehrere Computersysteme 600 verwendet werden, wie beispielhaft in 7 gezeigt. Das Computersystem 600 kann beispielsweise ein Allzweckcomputer sein, wie beispielsweise solche, die auf einem Intel PENTIUM® oder Core™ Prozessor, einem Motorola PowerPC® Prozessor, einem Sun UltraSPARC®, einem Hewlett-Packard PA-RISC® Prozessor oder irgendeinem anderen Prozessortyp oder Kombinationen davon basieren. Alternativ kann das Computersystem speziell programmierte, Spezialzweckhardware enthalten, beispielsweise eine anwenderspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder Steuerungen, die speziell für Halbleiter-Waferherstellungsequipment vorgesehen sind.
Das Computersystem 600 kann einen oder mehrere Prozessoren 602 enthalten, die typischerweise mit einer oder mehreren Speichervorrichtungen 604 verbunden sind, die beispielsweise von einem Diskettenlaufwerkspeicher, einer Flashspeichervorrichtung, RAM-Speichervorrichtung oder einer anderen Vorrichtung zum Speichern von Daten irgendeines oder mehrere davon enthalten. Der Speicher 604 wird typischerweise verwendet zum Speichern von Programmen und Daten während des Betriebs der Steuerung und/oder des Computersystems 600. Beispielsweise kann der Speicher 604 verwendet werden zum Speichern von Historiendaten, die über eine Zeitperiode gemessene elektrische Parameter einer Elektrode 510 betreffen, sowie momentane elektrische Sensormessdaten. Software mit Programmcode, der Ausführungsbeispiele der Erfindung implementiert, kann auf einem computerlesbaren und/oder beschreibbaren nicht-flüchtigen Aufzeichnungsmedium gespeichert sein (wie weiter unter Bezugnahme auf 8 diskutiert), und kann dann in den Speicher 604 kopiert werden, wo er dann von dem Prozessor 602 ausgeführt wird. Derartiger Programmcode kann in irgendeiner von einer Mehrzahl von Programmiersprachen geschrieben sein, beispielsweise Java, Visual Basic, C, C# oder C++, Fortran, Pascal, Eiffel, Basic, COBAL oder in irgendeiner von einer Vielzahl von Kombinationen davon.
Komponenten des Computersystems 600 können durch einen Kopplungsmechanismus 606 gekoppelt sein, der einen oder mehrere Busse enthalten kann (beispielsweise zwischen Komponenten, die mit einer gleichen Vorrichtung integriert ausgebildet sind) und/oder ein Netzwerk (beispielsweise zwischen Komponenten, die in separaten diskreten Vorrichtungen sind). Der Kopplungsmechanismus ermöglicht typischerweise Kommunikationen (beispielsweise Daten, Anweisungen), die zwischen Komponenten des Systems 600 ausgetauscht werden.
Das Computersystem 600 kann auch eine oder mehrere Eingabevorrichtungen 608 enthalten, beispielsweise eine Tastatur, eine Maus, einen Trackball, ein Mikrofon, ein Touchscreen und eine oder mehrere Ausgabevorrichtungen 610, beispielsweise eine Druckvorrichtung, einen Anzeigenschirm oder einen Lautsprecher. Das Computersystem kann elektronisch oder in anderer Weise mit einem elektrischen Sensor 614 verbunden sein, der beispielsweise einen oder mehrere Strommessgeräte und/oder Spannungsmessgeräte enthält, die konfiguriert sind zum Messen eines elektrischen Parameters einer Elektrode 510. Zusätzlich kann das Computersystem 600 eine oder mehrere Schnittstellen (nicht gezeigt) enthalten, die das Computersystem 600 mit einem Kommunikationsnetzwerk verbinden können (zusätzlich oder alternativ zu dem Netzwerk, das durch eine oder mehrere der Komponenten des Systems 600 gebildet werden kann). Dieses Kommunikationsnetzwerk bildet in manchen Ausführungsbeispielen einen Teil eines Herstellungsprozesssteuerungssystems für eine Halbleiterfertigungslinie.
Gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen ist die eine oder sind die mehreren Ausgabevorrichtungen 610 mit einem anderen Computersystem oder einer Komponente derart gekoppelt, dass sie mit dem Computersystem 600 über ein Kommunikationsnetzwerk kommunizieren. Eine derartige Konfiguration erlaubt die Anordnung eines Sensors mit einem signifikanten Abstand zu einem anderen Sensor, oder erlaubt irgendeinen Sensor mit einem signifikanten Abstand zu irgendeinem Subsystem und/oder der Steuerung angeordnet zu werden, während immer noch Daten zwischen ihnen ausgetauscht werden.
Wie beispielhaft in 8 gezeigt kann das Steuerungs/Computer-System 600 ein oder mehrere Computerspeichermedien enthalten, beispielsweise ein lesbares und/oder beschreibbares nicht-flüchtiges Aufzeichnungsmedium 616, in dem Signale gespeichert werden können, die ein Programm definieren, das von einem oder von mehreren Prozessoren 620 (beispielsweise dem Prozessor 602) ausgeführt wird. Das Medium 616 kann beispielsweise eine Diskette oder ein Flashspeicher sein. Im typischen Betrieb kann der Prozessor 620 die Daten dazu veranlassen, beispielsweise den Code, der ein oder mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung implementiert, aus dem Speichermedium 616 in einen Speicher 618 gelesen zu werden, der dem einen oder den mehreren Prozessoren einen schnelleren Zugriff auf die Information erlaubt, als das Medium 616. Der Speicher 618 ist typischerweise ein flüchtiger Zufallszugriffsspeicher, wie beispielsweise ein dynamischer Zufallszugriffsspeicher (DRAM) oder ein statischer Speicher (SRAM) oder eine andere geeignete Vorrichtung, die die Übertragung von Information an und von einem Prozessor 620 erleichtert.
Obwohl das Computersystem 600 beispielhaft als ein Typ von Computersystem gezeigt ist, bei dem verschiedene Aspekte der Erfindung praktiziert sein können, soll die Erfindung nicht beschränkt sein auf die Implementierung in Software oder auf das beispielhaft gezeigte Computersystem. Anstatt der Implementierung auf einem Allzweckcomputersystem können die Steuerung oder die Komponenten oder Teilbereiche davon alternativ beispielsweise als ein dediziertes System implementiert sein, oder als dedizierte programmierbare Logiksteuerung (PLC) oder in einem verteilten Steuerungssystem. Es ist anstrebenswert, dass ferner ein oder mehrere Merkmale oder Aspekte des Steuerungssystems in Software, Hardware oder Firmware implementiert werden können, oder in irgendeiner Kombination davon. Beispielsweise kann ein oder können mehrere Segmente eines Algorithmus, der von dem Computersystem 600 ausführbar ist, in separaten Computer durchgeführt werden, die wiederum über ein oder mehrere Netzwerke miteinander kommunizieren können.
Ein Prozess zum Betreiben eines Verdampfers, der eine Elektrode enthält, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 9 verdeutlicht. In dem Prozess von 9 enthält der Abscheidungsbetrieb Schritte 810-870. Die Schritte 810-830 und 860-870 sind im Wesentlichen die gleichen Schritte wie die Schritte 410-430 bzw. 440-450 von 3, wie oben beschrieben. Im Gegensatz zu dem Prozess von 3 enthält der Prozess von 9 zusätzlich einen Schritt des Überwachens einer elektrischen Eigenschaft der Elektrode (Schritt 840). In einem Ausführungsbeispiel wird die Spannung von der Elektrode überwacht, und ein Mittelwert und eine Standardabweichung der überwachten Spannung werden berechnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Strom von der Elektrode überwacht und ein Mittelwert und eine Standardabweichung des überwachten Stroms werden berechnet. In Schritt 850 wird der überwachte elektrische Parameter mit einer Basislinie verglichen, die vorher gebildet wird für diesen Parameter, und es erfolgt eine Bestimmung, ob der gemessene Parameter innerhalb einer akzeptablen Toleranzgrenze liegt.
Wenn bestimmt wird, dass der gemessene Parameter innerhalb der Toleranz liegt, ist die Metallisierung beendet, die Wafer werden entnommen (Schritt 860) und zur normalen nachfolgenden Verarbeitung weiter gegeben (Schritt 880), und eine neue Charge von vorgereinigten Wafer wird in den Verdampfer eingeführt (Schritt 870). Alternativ, wenn in Schritt 850 festgestellt wird, dass der gemessene Parameter außerhalb der Toleranz liegt, beim Entnehmen der Wafer (Schritt 890), werden sie zur Prüfung weiter gegeben (Schritt 900). Wenn bestimmt wird, dass Defekte, wie beispielsweise Metallspritzer und/oder Fotolackrückstände, auf den Wafer in einem nicht akzeptablen Maß vorhanden sind (Schritt 910), werden die Wafer verworfen, oder in manchen Ausführungsbeispielen nachbearbeitet, falls dies möglich ist (Schritt 930). Der Verdampfer, der das außerhalb der Toleranz liegende Signal und die fehlerhaften Wafer erzeugt hat, wird aus der Produktion genommen und einer Fehlerbehandlung unterzogen (Schritt 940). Wenn eine Metallschmelze in dem Verdampfer als verunreinigt gefunden wird, wird das Metallstück ersetzt, bevor der Verdampfer zurück in die Produktionslinie zur weiteren Verarbeitung gebracht wird (Schritt 940).
Wenn die Wafer, die von einem Verdampfer kommen, der den außerhalb der Toleranz liegenden Parameter angezeigt hat, aber eine akzeptable niedrige Defektdichte haben in Schritt 910, werden sie zur weiteren Verarbeitung weiter gegeben, jedoch wird als präventive Maßnahme der Verdampfer einer Fehlersuche unterzogen, und irgendwelche verunreinigten Metallschmelzen werden ersetzt, bevor weitere Produktwafer durch den Verdampfer bearbeitet werden (Schritt 940).
Es soll verstanden werden, dass verschiedene Schritte, die in 9 gezeigt sind, nur beispielhaft sind. In anderen Ausführungsbeispielen werden verschiedene oder mehrere dieser Schritte in unterschiedlichen Reihenfolgen durchgeführt. In anderen Ausführungsbeispielen sind zusätzliche Schritte in dem Prozess enthalten, und in weiteren Ausführungsbeispielen ist einer oder sind mehrere der gezeigten Schritte weg gelassen oder ersetzt.
Zusätzliche Ausführungsbeispiele des Verfahrens des Betriebs eines Verdampfers, der eine Elektrode enthält, wie hier beschrieben, sind für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich. In einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel wird eine positive Spannung an die Elektrode angelegt. Diese positive Spannung zieht Elektronen an, wodurch folglich die Elektronenmenge, die von der Elektrode erlangt wird, zunimmt, wodurch die Vorrichtung in Bezug auf zurück gestreute Elektronen empfindlicher wird. Die positive Ladung auf der Elektrode lenkt auch (zumindest bis zu einem gewissen Grad) zurück gestreute Elektronen in Richtung der Wände der Abscheidungskammer und von den Wafern in dem Waferträger weg. Das Ausmaß der Ablenkung variiert mit der Größe der Spannung, die an die Elektrode angelegt wird. In manchen Ausführungsbeispielen, in denen eine positiv vorgeladene Elektrode verwendet wird, kann ein Mittelwert und/oder eine Standardabweichung des Stroms von der Elektrode als elektrischer Parameter verwendet werden, der überwacht wird, so dass eine konstante Spannung auf der Elektrode aufrecht erhalten werden kann. In anderen Ausführungsbeispielen ist die Spannung, die an die Elektrode angelegt wird, derart, dass sie mit der Zeit variiert oder variieren kann. Wie in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist eine Änderung des Mittelwerts oder der Standardabweichung von einem Basislinienwert für den Strom und/oder die Spannung, die überwacht wird, kennzeichnend für eine potenziell verunreinigte Metallschmelze. Bei Empfang eines Signals von einer Steuerung oder einem anderen System, das verwendet wird, um den Verdampfer zu überwachen zur Anzeige einer potenziell verunreinigten Elektrode, kann ein Benutzer für den Verdampfer eine Fehlerbehebung vornehmen und die fehlerverdächtige Metallschmelze ersetzen, wenn dies notwendig erscheint.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Ladung (entweder positiv oder negativ) an die Elektrode 510 angelegt werden. Die Ladung auf der Elektrode kann während des Betriebs des Verdampfers zeitlich gemessen werden. Eine Änderung der Ladung oder eine Änderung der Ladungsrate der Ladung, die auf der Elektrode gemessen wird, kann kennzeichnend sein für eine potenziell verunreinigte Metallschmelze.
Beispiel
Um die Quelle zurück gestreuter Elektronenstrahlung zu untersuchen, wurde eine Reihe von Experimenten durchgeführt, um die Menge von energiegeladenen freien Elektronen, die von unterschiedlichen Materialien während des Verdampfungsprozesses in einem Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystem erzeugt werden, zu vergleichen. Eine Elektrode wurde hergestellt, um in die Vakuumkammer eines Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems zu passen. Diese Elektrode wurde bereitgestellt für den Vergleich der Anzahl von energiegeladenen Elektronen, die von einem Elektronenstrahl erzeugt werden, der auf unterschiedliche Materialien trifft. Die Elektrode wurde aus einer Kupferplatte gebildet, die in einen Ring gebogen wurde. Die Kupferelektrodenplatte wurde elektrisch gegen Masse isoliert durch keramische Bolzen in der Vakuumkammer. Ein Kupferdraht wurde verwendet, um die Elektrode mit einem Hochimpedanzvoltmeter mit Datenprotokollierungsfähigkeit zu verbinden (ein Keithley 2420 Quellenmessgerät), wobei Spannungssignale von der Elektrode überwacht wurden und in einer Datendatei protokolliert wurden. Da das Setup nicht gegenüber einem zertifizierten Standard kalibriert wurde, konnte das gemessene Potenzial nicht mit einer tatsächlichen Ladungsmenge auf der Elektrode korreliert werden.
Ein Temescal FC2700 Verdampfer mit 15 kW Leistungsversorgung wurde für dieses Experiment verwendet. Eine 30 Sekunden lange Anlaufphase bis 45% konstanter Leistungslieferzyklus wurde verwendet, um das Metallstück zu schmelzen, und eine 30 Sekunden lange Anlaufphase bis 50% des konstanten Leistungslieferzyklus wurde verwendet, um das geschmolzenen Stück bei einer Temperatur zu halten, bei der das Metall verdampft. Die Verweildauer betrug 30 Sekunden für beide konstanten Leistungszyklen. Unterschiedliche Goldschmelzen von unterschiedlichen Goldstücken wurden verwendet, unter Verwendung der obigen Bedingungen, während die Spannung protokolliert wurde, die an der Elektrode gesammelt wurde.
Ein erstes Experiment wurde durchgeführt unter Verwendung eines Goldstücks (Goldschmelze), das mit ungefähr 1 ppm Kohlenstoff auf der Oberfläche verunreinigt war. Die Daten, die von diesem Experiment gewonnen wurden, sind in 10 gezeigt. In dieser Figur ist die Elektronenstrahlleistung durch die „Strahlleistung“-Datenpunkte dargestellt, und die Spannung, die auf der Elektrode beobachtet wurde, ist durch die „Elektrodenpotenzial“-Datenpunkte dargestellt. Mit eingeschalteter 10 kV Hochspannung und einem Emitter im Leerlauf, betrug das Elektrodenpotenzial 0 V bezüglich Masse (der Bereich des Diagramms links von dem Punkt „A“). Sobald ein Strahlemissionsstrom während der Leistungsanlaufphase vorhanden war, und der Strahl auf das Goldstück traf, hat die SMU ungefähr -1,25 V gemessen (der Punkt, der mit „A“ gekennzeichnet ist). Die Spannung blieb im Wesentlichen konstant, wenn die Leistung weiter anstieg auf 45% Maximum (die Datenpunkte zwischen dem Punkt „A“ und dem Punkt „B“). Als das Goldstück begann zu schmelzen, fiel die Spannung abrupt auf -0,5 V (die Punkte unmittelbar vor dem Punkt „B“). Eine weitere Leistungserhöhung auf 50% veranlasst die Elektrodenspannung zum Abfallen auf -0,4 V (beginnend ungefähr bei dem Punkt „C“). Bei dem Punkt „D“ wurde die Strahlleistung, die an der Goldschmelze anlag, die in dem 1 ppm Kohlenstoffverunreinigungsprobentest verwendet wurde, abrupt ausgeschaltet, und die Elektrodenspannung kehrt zu 0 V zurück.
In 10 geben die Datenpunkte für die „Strahlleistung“ an, dass der Strahl bei Punkt „D“ immer noch bei 50% Leistung war, jedoch ist dies ein Artefact der Datensammelmethodik. Die Daten für den 1 ppm kohlenstoffverunreinigten Probentest und für den 30 ppm kohlenstoffverunreinigten Probentest (nachfolgend unter Bezugnahme auf 11 beschrieben) wurden für unterschiedliche Durchgänge genommen und dann vermischt. Die „Strahlleistungs“-Datenpunkte entsprechen zeitlich näher den „Elektrodenpotenzial“-Datenpunkten für den 30 ppm kohlenstoffverunreinigten Probentest, was daran liegt, dass die Datenpunkte des 30 ppm kohlenstoffverunreinigten Probentests keine Rückkehr auf 0 V auf der rechten Seite des Diagramms zeigen; die Strahlleistung war immer noch eingeschaltet während der Sammlung der Datenpunkte für den 30 ppm kohlenstoffverunreinigten Probentest auf der rechten Seite des Diagramms.
Die Schmelzrezeptur verwendete ein kreisförmiges Elektronenstrahlabtastmuster von 2 Hz und die Abtastrate der Datenprotokollierung betrug 1 Sekunde. Die kreisförmige Abtsastbewegung des Strahls korreliert mit den Zacken in Spannungen, die aufgezeichnet wurden, und in den 10 und 11 dargestellt sind. Der Strahlfokus änderte sich, als der Strahl unterschiedliche Bereiche der Schmelzoberfläche abgetastet wurde. Mit jedem Verlauf über die Schmelze wurde der Strahlfokus verengt, wenn der Strahl über das nicht verunreinigte Gold verlief, und der Strahl diffus während eines Verlaufs über Bereiche mit hohem Kohlenstoffanteil, wodurch die Strahlung zurück gestreuter Elektronen geändert wurde. Wenn der Strahl über einen Bereich der Goldschmelze verlief, der eine Kohlenstoffverunreinigung enthielt, wurde eine größere Menge von Elektronen zurück gestreut als bei dem Strahl, der über nicht verunreinigte Bereiche der Goldschmelze verlief. Diese Änderung der Größe der zurück gestreuten Elektronen, wenn der Elektronenstrahl über „schmutzige“ gegenüber „saubere“ Bereiche der Goldschmelze verlief, spiegelt sich in der Änderung der Spannungspegel wieder, die in den Datenpunkten in den 10 und 11 beobachtet wird. Für die Datenpunkte, die der 1 ppm kohlenstoffverunreinigten Goldschmelze entsprechen (10), wurde eine Spannungsdifferenz von ungefähr 0,5 V zwischen den Datenpunkten beobachtet, die gewonnen wurden, wenn der Elektronenstrahl über einen „sauberen“ gegenüber einem „verschmutzten“ Bereich der Goldschmelze verlief. Für die Datenpunkte, die einer 30 ppm kohlenstoffverunreinigten Goldschmelze entsprechen (11), betrug diese Spannungsdifferenz ungefähr 1 V, ungefähr das Doppelte der Spannungsdifferenz, die beobachtet wurde für die Datenpunkte, die der 1 ppm kohlenstoffverunreinigten Goldschmelze entsprachen.
Als das Experiment mit einem statischen Strahl und einem 1 ppm kohlenstoffverunreinigten Goldstück wiederholt wurde, änderte sich die Spannung nicht, obwohl ein ähnlicher Trend in den Daten beobachtet wurde, wie in 10. Die Daten, die in diesem Test mit statischem Strahl erhalten wurden, sind in 12 gezeigt. In 12 stellen die Punkte „A“, „B“, „C“ und „D“ ähnliche Punkte dar, wie die in 10 gezeigten Punkte. 12 zeigt auch einen Punkt „E“, wo sich die Goldschmelze verfestigte, als die Elektronenstrahlleistung abfiel, und die Spannung von der Elektrode auf ungefähr -1,6 V sank. Eine Änderung in der beobachteten Spannung trat nicht auf, da der Elektronenstrahl auf einen einzelnen Bereich der Goldschmelze fokussiert blieb, anstatt „saubere“ und „verschmutzte“ Bereiche der Goldschmelze abzutasten.
Das in Bezug auf 10 beschriebene Experiment, das die gleiche Rezeptur mit einem kreisförmigen Strahlabtastmuster von 2 Hz verwendet, wurde wiederholt unter Verwendung einer Goldschmelze mit ungefähr 30 ppm Kohlenstoff auf der Oberfläche. Die Daten von diesem wiederholten Experiment sind in 11 gezeigt. Ein Vergleich zwischen 10 und 11 verdeutlicht die Differenz der Spannungen, die beobachtet wurden zwischen der „sauberen“ 1 ppm kohlenstoffverunreinigten Schmelze und der „schmutzigen“ 30 ppm kohlenstoffverunreinigten Schmelze. Als der Strahl die 30 ppm kohlenstoffverunreinigten Schmelze bei Punkt „A“ traf, war das Elektrodenpotenzial zu Masse ungefähr zweimal größer als das, das für die 1 ppm kohlenstoffverunreinigte Schmelze bei -2,2 V beobachtet wurde. Es war mehr Leistung notwendig und brauchte mehr Zeit, um das 30 ppm kohlenstoffverunreinigte Stück zu schmelzen als bei dem 1 ppm kohlenstoffverunreinigten Slug (man beachte die Verschiebung der Punkte „B“ und „C“ in 11 von den Punkten „B“ und „C“ in 10 nach rechts).
Während des gesamten Anlauf- und Konstantleistungszyklus, der für das 30 ppm kohlenstoffverunreinigte Slug verwendet wurde, folgte die Spannung, die an der Elektrode erzeugt wurde, dem gleichen Trend, wie in dem Experiment, bei dem das 1 ppm kohlenstoffverunreinigte Stück verwendet wurde, obwohl die gesamte Kurve in Richtung mehr negativer Spannung verschoben ist, was angibt, dass mehr Elektronen durch die Elektrode gesammelt wurden. Als das 30 ppm kohlenstoffverunreinigte Goldstück in den geschmolzenen Zustand über ging, fiel die Spannung ab, blieb jedoch bei einer insgesamt höheren negativen Spannung, als bei dem geschmolzenen Stück beobachtet wurde mit der 1 ppm Kohlenstoffverunreinigung. Der Bereich und die Standardabweichung der Spannungsablesungen von dem geschmolzenen 30 ppm kohlenstoffverunreinigten Goldstück waren signifikant größer als bei der 1 ppm kohlenstoffverunreinigten Goldschmelze, wie man aus einem Vergleich der 10 und 11 sehen kann.
Man hat herausgefunden, dass ein Goldstück mit mehr als 30 ppm Kohlenstoff auf der Oberfläche nicht vollständig schmolz, selbst als der Elektronenstrahl bei 90% Strahlleistung lag, die von der 15 kW Leistungsversorgung geliefert wurde. Dies zeigt, dass dieser Kohlenstoffverunreinigungsanteil ausreichend ist, um so viele Elektronen von der Oberfläche eines Goldstücks zu reflektieren oder zurück zu streuen, dass nicht genug Elektronen das Goldstück erreichen können, um die Energie weiter zu geben, die ausreichend ist, um das Stück vollständig zu schmelzen.
Obwohl beide, das 1 ppm und das 30 ppm kohlenstoffverunreinigte Goldstück, optisch sauber und glänzend erschienen, brachte die SEM-Prüfung des 30 ppm kohlenstoffverunreinigten Stücks Flecken von Kohlenstoffteilchen auf der Oberfläche zum Vorschein. Eine Goldschmelze aus einem Material mit wenig Kohlenstoffanteil (< 1 ppm) hat keine sichtbaren Kohlenstoffteilchen bei der SEM-Prüfung ergeben. Eine EDX-Studie der 30 ppm kohlenstoffverunreinigten Goldschmelze zeigte ein starkes Kohlenstoffsignal, das kennzeichnend ist für eine Kohlenstoffverunreinigung auf der Goldschmelze. Eine EDX-Studie des < 1 ppm kohlenstoffverunreinigten Goldstücks zeigte einen Kohlenstoffpeak, der sehr viel gedämpfter war als in der EDX-Studie für die 30 ppm kohlenstoffverunreinigte Goldschmelze.
Unter Verwendung des Elektrodenpotenzials als Referenz, wurde eine beobachtete Spannung von -0,4 V bestimmt als eine Basislinienspannung für eine gute saubere Goldschmelze, wohingegen eine Spannung von weniger als -0,8 V als kennzeichnend für eine kohlenstoffverunreinigte Goldschmelze bestimmt wurde.
Basierend auf diesen Daten konnte eine Spannung von -0,8 V als Spannungsschwellenwert gebildet werden für die Verdampferkonfiguration, die in diesem Experiment verwendet wurde. Wenn ein Spannungsdatenpunktpeak bei weniger als -0,8 V beobachtet wird, kann dies als kennzeichnend angesehen werden für eine potenziell verunreinigte Goldschmelze, in dem bestimmten Verdampfer, der in diesem Experiment verwendet wurde. Andere Metalle und/oder Verdampfer können andere Spannungsschwellenwerte haben. Die Anmelderin hat jedoch festgestellt, dass ähnliche Unterschiede zwischen sauberen und verunreinigten Metallstücken (Metallschmelzen) ähnliche Ergebnisse bezüglich einer Verschiebung eines Mittelwerts und einer Standardabweichung oder eines Bereichs von Spannungsdatenpunkten liefern, die auf einer Elektrode beobachtet werden, die sich in der Abscheidungskammer eines Elektronenstrahlverdampfers befindet, wie sie in diesem Experiment beobachtet wurden.
Dieses Experiment zeigt auch, dass in einem Metallverdampfer eine erste Goldschmelze mit einem relativ geringem Anteil an Kohlenstoffverunreinigung einen Spannungsabfall auf einer Elektrode zeigt, die in der Verdampfungskammer des Metallverdampfers platziert ist, der eine geringere Größe aufweist, als ein Spannungsabfall für eine Goldschmelze mit einer höheren Menge Kohlenstoffverunreinigung. Ferner ist die Schwankung in Spannungsablesungen auf der Elektrode für einen Metallverdampfer, der mit einer schmutzigeren Goldschmelze betrieben wird, signifikant größer als Schwankungen in Spannungsablesungen, wenn eine sauberere Goldschmelze verwendet wird.
Obwohl verschiedene Aspekte von mindestens einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben wurden, sei erwähnt, dass verschiedene Alternativen, Modifikationen und Verbesserungen für den Fachmann sofort ersichtlich sind. Derartige Alternativen, Modifikationen und Verbesserungen sollen Teil dieser Offenbarung sein. Entsprechend sind die vorangegangene Beschreibung und die Zeichnungen lediglich beispielhaft.

Claims

Elektrodensystem, welches dazu ausgelegt ist, innerhalb einer Vakuumkammer eines Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems mit einer Metallschmelze, aus der während des Betriebs des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems Metall verdampft wird, angeordnet zu werden, wobei das Elektrodensystem aufweist: eine ringförmige Elektrode (510) aus einem leitfähigem Material, welche dazu ausgelegt ist, Elektronen, die von der Metallschmelze während des Betriebs des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems zurückgestreut werden, zu sammeln, und ein elektrisches Signal an ein elektrisches Messgerät (710) in Abhängigkeit von dem Sammeln der von der Metallschmelze zurückgestreuten Elektronen auszugeben; und eine Vielzahl von Isolationsbolzen (520), die die ringförmige Elektrode (510) in der Vakuumkammer in einer die Metallschmelze im Wesentlichen umgebenden Position abstützen.
Elektrodensystem nach Anspruch 1, wobei die ringförmige Elektrode eine flache zu einem Ring geformte Metallscheibe aufweist.
Elektrodensystem nach Anspruch 1, wobei die ringförmige Elektrode einen oder mehrere Ringe aus Draht aufweist.
Elektrodensystem nach Anspruch 1, wobei die ringförmige Elektrode einen Metallschirm aufweist.
Elektrodensystem nach Anspruch 1, wobei die ringförmige Elektrode eine Mehrzahl von Platten aufweist.
Elektrodensystem nach Anspruch 1, wobei die ringförmige Elektrode aus einem vakuumkompatiblen Material gebildet ist.
Elektrodensystem nach Anspruch 6, wobei die ringförmige Elektrode aus Kupfer oder rostfreiem Stahl gebildet ist.
Elektrodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vielzahl von Isolationsbolzen (520) aus einem vakuumkompatiblen Material gebildet ist.
Elektrodensystem nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl von Isolationsbolzen (520) ein Keramikmaterial aufweisen.
Elektrodensystem nach Anspruch 9, wobei das Keramikmaterial Aluminiumoxid, Titandioxid oder Siliziumdioxid (Quarz) aufweist.
Elektrodensystem nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl von Isolationsbolzen (520) ein Kunststoffmaterial aufweisen.
Elektrodensystem nach Anspruch 11, wobei das Kunststoffmaterial PVDF aufweist.
Elektrodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Vielzahl von Isolationsbolzen (520) dazu ausgelegt sind, die ringförmige Elektrode (510) innerhalb der Vakuumkammer des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems derart zu positionieren, dass die ringförmige Elektrode (510) gegenüber inneren Oberflächen (515) des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems und gegenüber Masse (550) isoliert sind.
Elektrodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Vielzahl von Isolationsbolzen (520) dazu ausgelegt sind, die ringförmige Elektrode (510) innerhalb der Vakuumkammer des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems physikalisch beabstandet derart zu positionieren, dass ein hindernisfreier geradliniger Pfad zwischen einem Bereich der ringförmigen Elektrode (510) und einer Oberfläche der Metallschmelze besteht und ein hindernisfreier geradliniger Pfad zwischen der Oberfläche der Metallschmelze und einem Wafer, der zur Verarbeitung in dem Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystem positioniert ist, besteht.
Elektrodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die ringförmige Elektrode (510) dazu ausgelegt ist, eine Spannung oder eine Stromstärke an das elektrische Messgerät (710) auszugeben, welches für eine Verunreinigungskonzentration in der Metallschmelze kennzeichnend ist.
Verfahren zur Ausbeuteerhöhung eines Halbleiterherstellungsprozesses, welcher ein Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystem mit einer Metallschmelze, aus der während des Betriebs des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems Metall verdampft wird, nutzt, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen einer ringförmigen Elektrode (510) aus einem leitfähigem Material innerhalb einer Vakuumkammer des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und - abscheidungssystems in einer die Metallschmelze im Wesentlichen umgebenden Position; Messen eines elektrischen Parameters der ringförmigen Elektrode (510) während des Betriebs des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems; und Bestimmen einer Verunreinigungskonzentration in der Metallschmelze in Abhängigkeit von einer Analyse des elektrischen Parameters.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die ringförmige Elektrode (510) durch eine Vielzahl von Isolationsbolzen (520), die die ringförmige Elektrode (510) in der Vakuumkammer in einer die Metallschmelze im Wesentlichen umgebenden Position abstützen, von der Metallschmelze physikalisch beabstandet ist, so dass ein hindernisfreier geradliniger Pfad zwischen einem Bereich der ringförmigen Elektrode (510) und einer Oberfläche der Metallschmelze besteht und ein hindernisfreier geradliniger Pfad zwischen der Oberfläche der Metallschmelze und einem Wafer, der zur Verarbeitung in dem Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystem positioniert ist, besteht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Vielzahl von Isolationsbolzen (520) die ringförmige Elektrode (510) innerhalb der Vakuumkammer des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems gegenüber inneren Oberflächen (515) des Elektronenstrahlmetallverdampfungs- und -abscheidungssystems und gegenüber Masse (550) isolieren.