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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Halbleiterproduktion
und insbesondere auf eine Behandlung beziehungsweise Bearbeitung von
Halbleiterwafern auf einem Förderschienensystem,
wobei die Förderschiene
die Rückseite
des Wafers freilegt, demzufolge der Zugang zu einer In-Situ-Detektion
von Partikeln auf der Rückseite
des Wafers ermöglicht
wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Da
der Waferdurchmesser im Laufe der Zeit zunimmt und die lithographische
Strukturgröße im Laufe
der Zeit abnimmt, wird die Steuerung der Partikelkontamination auf
einer Rückseite
eines Halbleiterwafers entscheidend. Diese Steuerung wird erforderlich
auf Grund der Tatsache, dass die lithographische Tiefenschärfe, die
mit der Herstellung dieser kleineren Strukturen in Zusammenhang
steht, mit schrumpfender lithographischer IC-Strukturgröße eingeschränkter wird.
Darüber
hinaus wird dieses Problem der Tiefenschärfeausbeute durch größere Wafer
verschlimmert, die schwerer in einer völlig ebenen Position zu halten
sind. Falls der Wafer oder insbesondere der Freilegungsbereich des
Wafers während
einer lithographischen Belichtung auf Grund der Waferrückseitenkontamination
nicht in einer völlig
ebenen Position gehalten werden kann, kann das Lithographiewerkzeug
nicht den ganzen Wafer gleichmäßig oder
genau belichten, was dazu führt, dass
der Chip zu Ausschuss wird. Daher besteht ein Bedarf, die Kontamination
auf der Rückseite
von Wafern für
eine prompte Detektion und Korrektur genau zu überwachen, um die IC-Herstellung
in den nächsten
Jahre zu verbessern.
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Um
das Problem der Kontamination einer Waferrückseite zu veranschaulichen,
werden 1–2 zur
Verfügung
gestellt. 1 des Stands der Technik veranschaulicht
ein Halbleitersubstrat 10 (Wafer) nach der Behandlung unter
Verwendung eines herkömmlichen
organischen Waferspannfutters. Wie in 1 veranschaulicht,
wird auf dem Substrat 10 eine Kontaminationssignatur 14 hinterlassen.
Die Kontaminationssignatur 14 wird auf eine Rückseite
des Halbleiterwafers einfach auf Grund dessen übertragen, dass der Wafer 10 für einen
gewöhnlichen
Behandlungsablauf mit dem Spannfutter in Berührung gebracht wird. Bei der
Kontamination in 1 handelt es sich um die Kontamination,
die entsteht, wenn ein Spannfutter, das eine Zeit lang am Behandeln
war, aber noch keine sichtbaren Mängel, die von einer Bedienungsperson
entdeckt werden können,
aufweist, mit dem Wafer 10 in Berührung gebracht wird. Die einzelnen Fremdstoffe/Partikel 12,
die die Kontaminationssignatur 14 auf dem Wafer 10 bilden,
wurden durch ein Ex-Situ-Laserpartikelsystem nach dem Stand der
Technik detektiert, um die Veranschaulichung von 1 zur Verfügung zu
stellen. Mit dem Erreichen von Halbleiterstrukturgrößen von
0,25 Mikrometer und weniger, werden die einzelnen Fremdstoffe 12 auf
einer Rückseite
des Halbleiterwafers 10 immer größere Auswirkungen auf die Ausbeute
des lithographischen Musters haben, da die Tiefenschärfe mit
fortschreitender IC-Technologie ständig abnimmt. Da eine Kontamination
einer Waferrückseite
dazu führen
kann, dass einige Teile des Wafers während der lithographischen
Freilegungsbehandlung außerhalb
dieser Tiefenschärfe
liegen, wird die Ausbeute durch eine Waferrückseitenkontamination, die
vorher harmlos war, nachteilig beeinflusst.
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Um
den Grad der Kontamination auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 10 zu
reduzieren, werden keramische oder andere anorganische Waferspannfutterverbindungen
verwendet. Die Kontaminationssignatur eines solchen keramischen
Waferspannfutters wird in 2 veranschaulicht.
In 2 wird ein Halbleitersubstrat 20 einem
keramischen Spannfutter für
einen gewöhnlichen
Behandlungsablauf ausgesetzt. Das keramische Spannfutter von 2 ist
relativ neu, insofern als vor der Messung der Kontamination auf
dem Wafer 20 ungefähr
100 Behandlungsabläufe
auf dem in 2 verwendeten keramischen Spannfutter
stattgefunden haben. Wie in 2 veranschaulicht,
beginnt eine deutliche Kontaminationssignatur 24 auf dem
Wafer 20 aufzutreten, obwohl das keramische Spannfutter
relativ unbenutzt ist. Mit anderen Worten, die Partikel/Fremdstoffe 22 werden
nach wie vor durch einfache Berührung zwischen
dem Wafer 20 und dem ke ramischen Spannfutter auf der Rückseite
des Wafers 20 abgelagert. Zwar kann das keramische Spannfutter
eine Rückseitenkontamination
reduzieren, doch wird der Wafer 20 nach wie vor in einer ähnlichen
Weise wie der Wafer 10 kontaminiert, der unter Verwendung des
organischen Spannfutters in 1 behandelt wurde.
Auf Grund der Wanderungen von Waferrückseitenfremdstoffen zu Bauelementbereichen
als Folge von nachfolgender Behandlung wie auch der physikalischen
Kontamination auf der Rückseite
von Wafern, die die Bildung von Bauelementen mit kleiner Strukturgröße als Folge
ihrer Auswirkungen auf die Tiefenschärfe bewirken können, ist
es wichtig, zu versuchen, die Waferrückseitenkontamination über die in 2 veranschaulichte
hinaus zu reduzieren. Deshalb wäre
es von Vorteil, über
ein In-Situ-Verfahren und Vorrichtung zur prompten Detektion und
Korrektur von Rückseitenkontamination
auf Halbleitersubstraten zu verfügen,
bevor die Ausbeute beeinflusst wird oder eine Kreuzkontamination
stattfindet.
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Ein
Verfahren auf dem Stand der Technik zur Überwachung von Rückseitenkontamination
von Halbleiterwafern ist die Durchführung einer Sichtkontrolle
von Behandlungsbereichen zwischen der Behandlung von einzelnen Wafern.
Während
der Sichtkontrolle könnte
eine Bedienungsperson das Waferspannfutter, den Handler und andere
Behandlungsorte, die im Stande sind, den Wafer zu kontaminieren, mit
der Hand kontrollieren, um zu ermitteln, ob es auf dem Waferspannfutter
irgendeine sichtbare Kontamination gibt oder nicht. Die klare Grenze
dieses Verfahrens ist, dass es sich um einen sehr subjektiven Test
handelt, wodurch die Ergebnisse je nach einzelner Bedienungsperson
variieren. Eine weitere Grenze dieses Tests liegt darin, dass mit
der Entwicklung von kleineren Strukturgrößen die Fähigkeit zum Entdecken der Kontamination
davon ausgeht, dass sie sichtbar wird, bevor die Kontamination ein
Problem verursacht. Die Ausbeute vermindernde Kontamination ist
für das
menschliche Auge nicht immer sichtbar. Deshalb würden sehr kleine Partikel,
die die modernste Technologie nachteilig beeinflussen können, nicht
entdeckt werden. Zum Beispiel ist es bei Bauelementen von kleiner
Strukturgröße von 0,25
Mikrometer oder weniger für
einen 0,1 oder 0,2 Mikrometer Waferrückseitenfremdstoff möglich, eine
Verschiebung im Tiefenschärfebereich
zu verursachen, die ausreicht, um die Ausbeute nachteilig zu beeinflussen.
Darüber
hinaus tritt ein zusätzlicher
Effekt auf, insofern als kleinere Partikel aufeinander aufbauen, um
in Wirklichkeit größere Partikel
zu erzeugen, die die vorher erörterten
Kontaminationsprobleme verursachen. Ein Partikel dieser Größe würde vom menschlichen
Auge nicht zu entdecken sein, aber für einen IC-Hersteller einen beträchtlichen
finanziellen Verlust zur Folge haben.
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Eine
letzte Grenze des Sichtkontrollverfahrens besteht in der Tatsache,
dass es erfordert, dass die Behandlungswerkzeuge so konstruiert
sind, dass die Behandlungsspannfutter tatsächlich für die Bedienungsperson sichtbar
sind. Das ist eine Grenze bei den Werkzeugen, und tatsächlich lassen
viele Werkzeuge nicht zu, dass solch eine Sichtkontrolle stattfindet.
Ist des Weiteren ein einzelnes Spannfutter oder Wafer erst einmal
kontaminiert und wird nicht entdeckt, könnte dieser Wafer oder das
Spannfutter viele andere Wafer oder Spannfutter kontaminieren, demzufolge
zu einer noch weiter verbreiteten Kontamination beitragen. Falls
unentdeckt, könnte
sich ein kleiner Kontaminationsbe reich zu einem größeren Kontaminationsbereich
ausbreiten (d. h. eine Kreuzkontamination hat stattgefunden).
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Eine
zweites Verfahren auf dem Stand der Technik zur Durchführung der
Kontaminationskontrolle ist, einen Testwafer wirklich durch eine
Anzahl von Behandlungsschritten in einem Werkzeug laufen zu lassen.
Bei jedem einzelnen Behandlungsschritt wird der Wafer vom Werkzeug
entfernt, umgedreht und, einen Wafer mit einer glatten Rückseite
vorausgesetzt, über
ein Ex-Situ-Laserverfahren auf der Waferrückseite abgetastet, um die
durch die Behandlung eingeführte
Kontamination zu ermitteln. Um jede Behandlungskammer auf Kontamination
zu überwachen,
würde jeder
Wafer, der behandelt wird, entfernt, abgetastet und neu in das Werkzeug
eingebracht werden müssen,
um noch eine weitere Kammer in dem Werkzeug zu prüfen. Alternativ
könnte jede
Kammer über
einen reservierten Wafer mit einem bekannten Kontaminationsgrad
verfügen,
der verwendet werden könnte,
um alle Kammern in dem Werkzeug zu überwachen. Die Grenzen dieses
Verfahrens liegen darin, dass ein Testwafer generell verwendet werden
wird, und dass es das Entfernen des Wafers vom Behandlungswerkzeug
erfordert, um die Kontamination zu detektieren. Dieses Verfahren
beeinflusst auch den Durchsatz nachteilig und könnte eine Kontamination nicht
rechtzeitig detektieren, um in einem Mehrkammerbehandlungswerkzeug
das Ausbreiten nachteiliger Kontamination zu verhindern. Gewöhnliche
Wafer können
nicht auf diese Art und Weise behandelt werden, da die aktive Oberfläche des
Wafers üblicherweise
beschädigt
wird, wenn der Wafer auf ein Spannfutter eines Partikel abtastenden Werkzeugs
umgedreht wird. In einem modernen Halbleiterproduktionsumfeld ist dieses
Verfahren insgesamt sehr langsam, unzulänglich, umständlich und kostspielig.
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Bis
heute ist die herkömmliche
Ex-Situ-Detektion von Partikeln auf einer Waferrückseite nicht effektiv und
effizient. Die Waferrückseitenkontamination
droht, die Ausbeute an integrierten Schaltungsbauelementen in großen Wafern
und/oder in kleineren lithographischen Maßen auf Grund eines Mangels
an prompter Detektion und Korrektur herabzusetzen. Ein Verfahren
zur In-Situ-Kontamination wurde nicht entwickelt, um ein Ausbreiten
der Kontamination innerhalb eines Mehrkammerwerkzeugs zu verhindern.
In einem Mehrkammerwerkzeug ist eine Identifizierung der einen "Problemkammer" unter Verwendung
von Ex-Situ-Verfahren nicht einwandfrei oder zuverlässig. Wenn
gewöhnlich
ein Testwafer die Kontamination von einem Behandlungswerkzeug erst
einmal detektiert, ist der potentielle Ausbeuteschaden auf behandelten
Wafern bereits angerichtet worden. Um diese Probleme zu vermeiden,
deaktivieren viele Produktionsstätten
Produktionsanlagen häufig
und reinigen die verschiedenen Kammern in kurzen Abständen von
Hand, um ein Kontaminationsproblem, das nicht leicht detektiert
werden kann, zu vermeiden. Diese "Überinstandhaltung" der Systeme zur
Vermeidung von Kontaminationsproblemen der Waferrückseite
ist kostspielig und setzt den Durchsatz der Produktionsanlage herab.
Außerdem existiert,
auch wenn Korrekturmaßnahmen
ergriffen werden, kein aktueller Mechanismus, durch den verifiziert
werden kann, dass die Korrektur ohne Wiederholung des Vorgangs erfolgreich
war.
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Die
US-A-5 274 4334 offenbart Energiequellen und Anstrahlungsmechanismen,
die über
einem Wafer positioniert werden. Darüber hinaus offenbart die US-A-5
274 4334 einen Mechanismus, demzufolge mehrere Abtastsysteme an
den jeweiligen Behandlungsstellen erforderlich sind, um ein Abtasten während der
Beförderung
zu unterstützen,
während der
Wafer auf dem Transfersystem platziert ist.
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Deshalb
wäre eine
automatisierte Methodologie, die im Stande ist, eine Kontamination
einer Waferrückseite
im Innern eines Behandlungswerkzeugs wirksam zu detektieren und
zu korrigieren, vorteilhaft.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Es
versteht sich, dass der Einfachheit und Übersichtlichkeit der Darstellung
halber in den Zeichnungen veranschaulichte Elemente nicht unbedingt maßstabsgerecht
gezeichnet sind. Zum Beispiel sind der Übersichtlichkeit halber die
Maße einiger
Elemente im Vergleich zu anderen Elementen übertrieben. Des Weiteren wurden
Hinweisziffern, wo als angemessen erachtet, unter den Zeichnungen
wiederholt, um vergleichbare oder analoge Elemente kenntlich zu
machen.
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1 und 2 veranschaulichen
Kontaminationssignaturen auf der Rückseite von Halbleiterwafern;
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3 veranschaulicht
in Draufsicht einen Roboterarm, der ein Halbleitersubstrat trägt;
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4 veranschaulicht
in Querschnittsansicht ein Robotersystem zur Beförderung von Halbleitersubstraten;
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5 veranschaulicht
in Draufsicht ein Werkzeug zur Behandlung von Halbleiterwafern gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 veranschaulicht
in Querschnittsansicht das Werkzeug von 5;
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7 veranschaulicht
ein Ablaufdiagramm zur Umsetzung einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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8 veranschaulicht
ein Ablaufdiagramm zur Umsetzung einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
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Allgemein
handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um ein Verfahren
zur In-Situ-Überwachung
der Rückseite
eines Halbleiterwafers zwischen Behandlungsschritten, die in einem
Mehrkammerwerkzeug ausgeführt
werden. In einer ersten Form werden eine Laserquelle und ein Detektor
an einem Roboterarm oder Förderschiene
im Inneren eines Halbleiterbehandlungswerkzeugs befestigt. Der Laser
und der Detektor rücken
mit dem Roboterarm weiter, während
der Roboterarm den Wafer zwischen Behandlungskammern schiebt. Während auf
dem Transportweg zwischen Kammern, wird die Rückseite des Halbleiterwafers
von einem auf dem Roboterarm positionierten Laserstrahl abgetastet,
wodurch Laserstreuung von einem auf dem Roboterarm angebrachten
Detektor detektiert wird. Der Laser und der Detektor tasten die
Rückseite
des Wafers dann auf Partikel ab, während der Roboterarm auf dem
Transportweg ist und/oder während
der Roboterarm zwischen Behandlungskammern in der Behandlungsabfolge
feststehend ist. Die absolute Partikelanzahl und die Differential/Inkremental-Partikelanzahlen
werden aus vergangenen Daten auf einer Kammer-nach-Kammer, Wafer-nach-Wafer
oder sogar Transfer-nach-Transfer-Basis berechnet.
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Durch
das Überprüfen von
Wafern bei ihrer Einbringung in und Rückkehr von einem neuen Werkzeug
kann der Kontami nationsgrad überwacht
werden. Diese Kontaminations- oder Partikeldaten werden gespeichert
und über
Computer verarbeitet und können
verwendet werden, um einen problematischen Wafer prompt zu identifizieren,
bevor eine Kreuzkontamination stattfindet und bevor die IC-Ausbeute
beeinträchtigt
wird. In-Situ-Detektion, wie hier gelehrt, ermittelt auch prompt
die Quelle der Kontamination (d. h. die letzte zur Behandlung verwendete Kammer).
Ist die Kontamination erst einmal prompt detektiert, kann, im Gegensatz
zum vom Stand der Technik gelehrten Ex-Situ-Verfahren, die Rückseitenkontamination
auf dem Wafer durch eine Reinigung oder ein Verfahren zur nochmaligen
Ausführung
korrigiert werden. Des Weiteren müssen, wenn ein Wafer als kontaminiert
ermittelt wird, die Kammer oder Kammern, die die Kontamination verursachen,
gereinigt werden, um eine fortgesetzte Kontamination zu verhindern.
Das hier gelehrte Verfahren ist schnell, effizient, steigert die
Ausbeute, beeinflusst nicht den Werkzeugdurchsatz nachteilig, setzt
die Anlagenstillstandszeit herab und ermöglicht künftige Fortschritte bei verringerter
Strukturgröße und Steigerungen
der Wafergröße.
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Ein
anderes Beispiel ist die Festlegung eines speziellen Bereichs im
Inneren des Mehrkammerwerkzeugs, der zur Partikeldetektion auf der
Rückseite
des Wafers verwendet wird. Dieser Bereich ist nicht am Roboterarm
angebracht, wie oben erörtert, wobei
der Partikeldetektionsbereich feststehend ist, und der Roboterarm
die Wafer zu diesem Partikeldetektionsbereich im Innern des Mehrkammerwerkzeugs
bringen muss. Der Roboterarm entfernt den Wafer aus der Kammer,
führt in
dem vorgesehenen Partikeldetektionsbereich eine Partikeldetektion
auf der Rückseite
des Wafers durch und befördert
den Wafer dann zur nächsten
Kammer zur Behandlung. Dieses Beispiel behindert den Roboterarm
nicht oder macht die Roboterschnittstelle umfangreicher, kann aber
auf Grund einer zusätzlichen
Beförderungszeit des
Roboterarms den Durchsatz leicht reduzieren. Des Weiteren kann das
hier gelehrte In-Situ-Partikelabtastverfahren angepasst werden,
um nur einen vorgesehenen Bereich der Waferrückseite abzutasten, wobei dieser
vorgesehene Bereich ein Bereich ist, der höchstwahrscheinlich durch ein
bestimmtes Behandlungswerkzeug kontaminiert wird. Darüber hinaus
ist ein vorher qualitatives Partikelkontrollverfahren nun im Stande
quantitativ zu werden, was eine verbesserte Verfahrenssteuerung
ermöglicht
und menschliche Subjektivität
ausschaltet. Eine numerische Datenverarbeitung bei der Partikeldetektion
auf der Waferrückseite
war unter Verwendung von Verfahren auf dem Stand der Technik nicht
machbar oder möglich.
Deshalb kann jetzt ein Computer aus den Partikelabtastdaten ermitteln,
wenn die Waferrückseitenkontamination über die
Spezifikation hinausgeht, die Behandlung von Wafern durch diejenige problematische
Kammer stoppen und automatisch Korrekturmaßnahmen beginnen. Auch eine
automatische Verifikation, dass die Korrekturmaßnahmen erfolgreich waren,
ist ebenfalls möglich.
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Die
Erfindung kann ferner verstanden werden unter Bezugnahme auf 3–7.
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3 veranschaulicht
einen Roboterarm 110. Der Roboterarm 110 verfügt über einen
Ringabschnitt 114. In einer Ausführungsform weist der Ringabschnitt 114 eine Öffnung auf
der Vorderseite des Arms auf, wodurch einzelne Halbleiterwafer aufgenommen
und automatisch zum Arm zurückgeschickt werden
können.
Der Roboterarm 110 verfügt
auch über Stifte 112 auf
einem Boden des Ringabschnitts 114, die verwendet werden,
um das Halbleitersubstrat 120 durch die Verwendung von
Schwerkraft physikalisch zu halten/zu tragen. Es ist wichtig zu
erwähnen,
dass der Roboterarm 110 so konstruiert ist, dass die Rückseite
des Halbleitersubstrats 120 für darunter liegende Objekte
offen und freigelegt ist. Nur kleine Überlappungsbereiche des Wafers 120 und
der Stifte 112 werden für
eine Rückseitenabtastung/behandlung
nicht verfügbar
sein. Daher ermöglicht
eine Minimierung der Überlappung,
dass der maximale Waferrückseitenbereich
des Wafers abgetastet wird. Bei der Darstellung von 3 handelt
es sich um eine Waferrückseitenansicht
des Wafers 120, wobei eine Seite gegenüber der Rückseite des Wafers ein aktiver
Bereich des Wafers ist, auf dem aktive IC-Schaltungen gebildet werden.
Daher wird dafür gesorgt,
dass sich die Stifte 112 bis zu innerhalb eines 3mm Randausschlussbereichs
auf dem Umfang des Halbleiterwafers 120 erstrecken. Bei
den hier behandelten Wafern handelt es sich vorzugsweise um 300mm-Wafer,
aber es können
auch Halbleiterwafer jeglicher Größe oder Flachbildschirme sein.
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4 veranschaulicht
eine Seitenansicht eines Rückseiten-Mess-
beziehungsweise Metrologiesystems (BMS) oder Roboterarmsystems.
Das Rückseiten-Metrologiesystem
wird zur Detektion von Kontamination, wie z. B. Partikeln, auf der
Rückseite
eines Halbleiterwafers verwendet, der in dem Roboterarm von 3 gehalten
wird. Das Rückseiten-Metrologiesystem
umfasst eine Energiequelle 220 (vorzugsweise eine Laserquelle),
einen Detektor 210 und einen Controller 230.
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In
Betrieb erzeugt der Laser 220 einen Laserstrahl 221,
der auf einen Abschnitt des Halbleitersubstrats 120 fokussiert
ist. Der Winkel (q), in dem der Laser auf den Wafer fokussiert ist,
ist bekannt als der Einfallswinkel und wird vorgegeben, um eine
optimale Laserlichtstreuungsdetektion von Kontamination auf der
Waferoberfläche
zu gewährleisten.
Der Detektor 210 verfügt über einen
Detektorabschnitt 216, wo der reflektierte oder gestreute
Laserstrahl 223 empfangen wird. Basierend auf dem Reflexionsmuster
des Lasers, wie durch den Detektor 210 detektiert, kann
der Controller 230 ermitteln, ob eine Kontaminationsstelle
an dem Ort vorhanden ist, von dem der Laserstrahl fokussiert wird.
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Weil
der Laserstrahl auf eine einzige Stelle zu einem gegebenen Zeitpunkt
fokussiert wird, und Daten über
eine zweidimensionale Oberfläche
(nicht nur einer Stelle auf dem Wafer) erforderlich sind, wird es
erforderlich sein, den Laser und das Detektorsystem bezüglich dem
Halbleiterwafer zu bewegen, um eine Kontamination über eine
größere Waferoberfläche zu detektieren.
In einem Beispiel würde
diese Laserbewegung zu Stande gebracht werden, indem das Halbleitersubstrat 120 bezüglich dem
vorzugsweise feststehenden Detektor und Laser bewegt wird. Diese
Rasterabtastung des Lasers kann zu Stande gebracht werden, indem
das Halbleitersubstrat 120 in der X- und Y-Achse bezüglich dem
Detektor und dem Laser bewegt wird, indem der Halbleiterwafer gedreht
wird und auch, indem die senkrechte Komponente oder Z-Achse des
Halbleiterwafers eingestellt wird. Diese Art von Rasterabtastung überprüft im Wesentlichen
die ganze Waferrückseite
auf Kontamination. Ein Fachmann würde verstehen, dass es auch
möglich
wäre, den
Detektor und den Laser wie auch das Halbleitersubstrat zu bewegen, oder
nur den Laser und den Detektor, während das Substrat feststehend
im Raum bliebe.
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In
einer Ausführungsform,
wo der Detektor und der Laser eine Rasterabtastung ausführen werden
und/oder eine veränderbare
Positionierung der genauen Einfallswinkel des Laserstrahls 221 erfordern,
werden ein Motorsteuerungsabschnitt 212 beziehungsweise 222 als
mit dem Controller/Computer 230 verbunden dargestellt.
Umgekehrt wird der Controller 230 als mit dem Roboterarm 110 verbunden dargestellt
zum Zwecke der Steuerung der Oberfläche des Halbleitersubstrats 120 bezüglich dem
Laser und dem Detektor, wenn der Detektor und der Laser nicht physikalisch
mit dem Roboterarm 110 von 3 in einem
Beispiel verbunden sind. Darüber
hinaus werden Verbindungsabschnitte 214 und 224 für sowohl
den Detektor und den Laser dargestellt, wobei in einer weiteren
Ausführungsform
der Detektor 210 und der Laser 220 tatsächlich starr
gehalten oder mit dem Roboterarm 110 von 3 physikalisch
verbunden sein können.
Diese Ausführungsform,
wobei der Detektor 210, der Laser 220 und der
Roboterarm 110 alle statisch verbunden sind, wird in den
nachfolgenden Absätzen
ausführlicher
erörtert.
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Da
größere Halbleiterwafer
in der Halbleiterindustrie immer gängiger werden, würde man
annehmen, dass ein bestimmtes Maß an Wölbung auf dem Halbleitersubstrat,
das geprüft
wird, auftritt. Es würde erforderlich
sein, diese Wölbung
durch den Controller 230 auszugleichen. Im Allgemeinen
könnte
die Wölbung
charakteristisch sein und über
eine vorgegebene Komponente verfügen,
wobei, basierend auf der genauen Stelle des Halbleitersubstrats,
das geprüft wird,
der Roboterarm eingestellt werden könnte, um sicher zustellen, dass
die Einfalls- und Reflexionswinkel geeignet sind, um vom Detektor 210 genau
detektiert zu werden.
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Wie
vorher unter Bezugnahme auf 1 und 2 des
Stands der Technik erörtert,
tendieren Spannfutter, die Halbleitersubstrate halten, dazu, eine
Kontaminationssignatur aufzuweisen, die wiederholbar ist. Daher
nimmt die vorliegende Erfindung die Rückseitenkontamination auf einem
Wafer als das Ergebnis von einzelnen Behandlungsspannfuttern vorweg.
Ist die Kontaminationssignatur eines Spannfutters erst einmal ermittelt,
wäre es
möglich, eine
modifizierte Datenerfassung durchzuführen, wobei nur die Datenstellen
oder Oberflächenbereiche, die
als Teil der Kontaminationssignatur bekannt sind, tatsächlich auf
Kontamination untersucht werden. Indem das getan wird, könnte der
Gesamtdurchsatz des Rückseiten-Metrologiesystems
bedeutend verbessert werden und könnte auch präziser gemacht werden.
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5 veranschaulicht
eine Draufsicht einer Halbleiterbehandlungsstrecke 500,
die das in 4 dargestellte Rückseiten-Metrologiesubsystem
umfassen würde.
Speziell der Robotermechanismus 110 wird in 5 als
auf einer Förderschiene 550 befindlich
dargestellt. 5 veranschaulicht eine Ausführungsform,
wobei das Rückseiten-Metrologiesubsystem
auf dem Robotermechanismus 110 angebracht und mit dem Mechanismus 110 beweglich
ist. Ein Beispiel wird auch beschrieben, wo das Rückseiten-Metrologiesubsystem
in einer Strecke 200 feststehend ist, wobei der Mechanismus 110 die
Strecke 200 zwischen Kammern bewegen muss, um eine Partikeldetektion
als bestimmte Stellen während
der Behandlung durchzuführen.
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An
einem Ende der Förderschiene
wird eine Strecke 200 für
das Rückseiten-Metrologiesystem
für das
Beispiel veran schaulicht. In diesem Beispiel würde ein Halbleitersubstrat
bei Entfernung von einer der Behandlungskammern 510, 520, 530 oder 540 vom Roboterarm 110 entlang
der Förderschiene
für eine Rückseitenkontaminationsanalyse
zur feststehenden Rückseiten-Metrologiestrecke 200 befördert werden. In
einem weiteren Beispiel würde
sich das Rückseiten-Metrologiesubsystem 100 sogar
an oder innerhalb des Standorts einer der Behandlungskammern 510–540 befinden.
Zum Beispiel könnte
es sich bei der Kammer 540 tatsächlich um das Pendant zur Rückseiten-Metrologiestrecke 200 von 5 handeln.
In der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Robotersystem 100 das
System von 4 umfassend die Verbindungen 214 und 224 und den
Controller 230, wobei das Rückseiten-Metrologiesubsystem
mit dem Robotersystem 110 von Kammer zu Kammer beweglich
ist. Bei dieser Anordnung können
eine Partikeldetektion und eine Computerpartikeldatenspeicherung
durchgeführt
werden, während
der Wafer zwischen verschiedenen Behandlungskammern 510–540 weitergeleitet
wird, demzufolge der Durchsatz möglicherweise
erhöht
wird.
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5 veranschaulicht
einen Aufnahme- oder Waferträgerabschnitt 600,
der über
sein eigenes Robotersystem 111 verfügt, welches dem Robotersystem 110 dadurch ähnlich ist,
dass das System 111 ebenfalls Zugang zu einem Rückseiten-Metrologiesubsystem
unter Verwendung der oben erörterten Ausführungsform
haben kann. Das Robotersystem 111 bewegt Wafer von einem
Waferträgeraufnahmebereichen 610–650 zu
dem Behandlungskammerumfeld, das Kammern 510–540 umfasst.
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5 veranschaulicht
auch eine lithographische Freilegungskammer 505, die ihr
eigenes Robotersystem umfasst, das sich von den Systemen 110 und 111 unterscheidet.
Ein Austausch zwischen dem Robotersystem 110 und dem System 505 findet durch
einen Durchgangsbereich 502 statt, wobei die Robotersteuerung
von einem System zum anderen wechselt. Daher ist das System von 5,
das ein Mehrkammerbehandlungswerkzeug zur lithographischen Behandlung
von Wafern veranschaulicht, im Stande, eine In-Situ-Partikeldetektion
und eine Computerverarbeitung und Speicherung von Kontaminationsdaten
durchzuführen.
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6 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht eines Behandlungssystems, das ein Rückseiten-Metrologiesubsystem
umfassen würde.
Die Ausführungsform
verknüpft
das Rückseiten-Metrologiesubsystem
mit den beweglichen Robotersystemen/armen 110 und 111,
wie vorher erörtert.
Die Darstellung von 6 veranschaulicht, dass sich
das Rückseiten-Metrologiesubsystem 200 auf
einem niedrigeren Abschnitt des Gesamtsystems 500 befindet
als für
die Verwendung in der zweiten Ausführungsform verwendet wird.
In noch einem weiteren Beispiel kann eine ganze Kammer 510–540 ausschließlich als
eine In-Situ-Metrologiekammer verwendet werden. Ein Grund dafür, dass
das System 200 auf einem niedrigeren Abschnitt des Gesamtsystems
zur Verfügung
gestellt wird, wäre,
dass es von Vorteil ist, die Streulichtmenge, die das Rückseiten-Metrologiesubsystem
erreichen würde,
zu beschränken,
da die Auferlegung von Streulicht die Kontaminationsmessungen des
Laserbauelements herbeiführen
könnten.
In der Tat wäre
es ungeachtet des Standorts des Subsystems des Rückseiten-Metrologiesubsystems
im Innern des Werkzeugs wichtig, die Menge an Streulicht auf das
Werkzeug zu beschränken.
Das ist ein Vorteil gegenüber
dem Stand der Technik, da der Stand der Technik speziell konstruierte
Werkzeuge erforderlich machte, die Kammersysteme oder Robotersysteme
zur Verfügung stellten,
welche der Bedienungs person zwecks Stattfindung von Sichtkontrollen
zugänglich
und einsehbar waren. Dies ermöglicht
eine ähnliche
Konstruktion der Werkzeuge, die im Gegensatz zum Stand der Technik
behandlungsgerichteter sind, wobei die bedienerfreundlichen Eigenschaften
zur Unterstützung von
Sichtkontrollen wichtig waren.
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7 veranschaulicht
einen Ablauf 700 zur Verwendung der vorliegenden Erfindung.
Im Besonderen würde
in Schritt 710 von Ablauf 700 Material (z. B.
ein Wafersubstrat) einem Werkzeug, wie z. B. Werkzeug 500,
unter Verwendung eines Waferträgers
zugeführt
werden. Der Roboterarm würde
in Schritt 712 mit einem Halbleitersubstrat/wafer beladen
werden. In einer Ausführungsform
wäre es
von Vorteil, vor Einbringung in eine Behandlungskammer zu ermitteln,
ob die Rückseite
des Halbleitersubstrats zum Zeitpunkt des Eintritts kontaminiert
ist oder nicht, um eine anfängliche
Kontaminationsstelle zu erhalten. Daher würde in Schritt 714 das
Halbleitersubstrat in das Rückseiten-Metrologiesystem
eingeführt
werden. Wobei das Metrologiesystem eine ortsfeste Strecke sein kann,
die erfordert, dass der Roboter das Metrologiesystem überschreitet
oder das Metrologiesystem kann Teil des Roboters sein, wie vorher beschrieben.
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Basierend
auf dem besonderen Verfahren, das durch das Behandlungswerkzeug
eingesetzt wird, kann eines von mehreren Ereignissen stattfinden,
wenn eine Rückseitenkontamination
detektiert wird. Entlang einem Weg des Arbeitsablaufs 730 würde ein
Verfahren zur "nochmaligen
Ausführung" von irgendeinem
internen Verfahren auf dem Wafer stattfinden, wenn ein Rückseitenkontaminationszustand
detektiert wird. Mit anderen Worten, falls ein Photolackdrehschritt
zu übermäßiger Rückseitenkontamination
führt,
dann würde
der Wafer gereinigt werden und dann, in der Hoffnung, ein besseres Rückseitenkontaminationsresultat
zu erhalten, durch denselben Schritt nochmals behandelt (nochmalige Ausführung) werden.
Auch könnte
diejenige spezielle "Problemkammer" für die Reinigung
außer
Betrieb gesetzt werden, bevor die nochmalige Ausführung in einem
Versuch, die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen nochmaligen
Ausführung
zu erhöhen,
ausgeführt
wird. Bei der Reinigung würde
es sich üblicherweise
um einen Reinigungsschritt von Hand handeln. Solch ein nochmaliger
Ausführungszustand
könnte einen
Rückseitenlösemittelstreifen
umfassen, gefolgt von einem Schritt zur Neuverifikation (z. B. weitere in-situ
durchgeführte
Partikeldetektion), um zu ermitteln, ob die nochmalige Ausführung erfolgreich
war oder nicht. Typische "nochmalige
Ausführungen" eines Erstdurchgangs
umfassen eine oder mehr einer deionisierten (DI) Wasserspülung oder
einen Sprühregen
oder Bad aus organischem Lösungsmittel
im Innern des Behandlungswerkzeugs.
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Für den Fall,
dass die nochmalige Ausführung 730 des
internen Behandlungsschritts nicht im Stande war, das Problem zu
lösen,
könnte
ein aggressiverer Reinigungsschritt stattfinden (z. B. eine Ex-Situ-Megasonic-Reinigung,
eine Piranha-Reinigung unter Verwendung von H2O2 und H2SO4, auf ungefähr 120C erwärmt, oder eine auf ungefähr 90C erwärmte Alkali-Amin-Lösungsmittelreinigung).
Als eine Alternative zu dieser aggressiveren Reinigung könnte der
Wafer entlang einem Verfahrensablaufweg 732 behandelt werden,
wobei das Hostsystem und der Bediener benachrichtigt werden und
in Schritt 726 auf eine Antwort gewartet wird. Die Antwort 726 kann
ein Kammerreinigungsverfahren sein oder irgendeine andere Art von
Instandhaltung, die erforderlich ist, um die Kammer in Spezifikation
zu bringen. Für
den Fall, dass ein guter Wafer detektiert wird (d. h. die Rückseitenkontamination
befindet sich innerhalb einer zulässigen Schwelle), würde der
Wafer entlang einem Weg 733 voranschreiten und einer Behandlungskammer
für einen
nachfolgenden Behandlungsschritt zugeführt werden. Im Anschluss an die
Behandlung des Materials in Schritt 718 würde der
Wafer wieder auf den Arm des Roboterwerkzeugs in Schritt 712 geladen
werden. Durch Wiederholung der Verifikation des Rückseitenzustands
in Schritt 714 wird eine weitere Ermittlung, ob der Zustand
der Waferrückseite
gut oder schlecht ist, nachdem die vorherige Behandlung abgeschlossen
ist, durchgeführt.
Wenn der Zustand gut ist, würde
die Behandlung sich entweder in anderen Kammern fortsetzen oder
der Verfahrensablauf würde
entlang einem Weg 731 weitergehen, woraufhin das Verfahren abgeschlossen
würde.
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8 veranschaulicht
ein bestimmtes Verfahren unter Verwendung der vorliegenden Erfindung für ein Fotolithographieverfahren 800.
Der Ablauf 800 beginnt bei Schritt 810, wo ein
Material dem Behandlungswerkzeug von einer externen Quelle zugeführt wird.
Im Allgemeinen würde
das Material ein Wafer tragendes Bauelement umfassen, das einzelne
zu behandelnde Halbleiterwafer umfasst. Danach wird in einem Schritt 811 ein
Substrat, das dem Werkzeug in Schritt 810 zugeführt worden
ist, durch ein Robotersystem auf den Roboterarm geladen. Danach
bewegt sich in Schritt 812 der Roboterarm in Position, um
den Zustand der Rückseite
des Wafers zu verifizieren. Danach wird in Schritt 813 das
Halbleitersubstrat einem Dehydration-Bake- und Adhäsionsmodul zugeführt. Im
Anschluss an das von Schritt 813 wird der Roboterarm den
Halbleiterwafer laden und noch einmal und inner halb des Behandlungswerkzeugs bewegen,
um zu verifizieren, ob eine Rückseitenkontamination
stattgefunden hat.
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Im
Anschluss an den Schritt 814 zur Ermittlung von Rückseitenkontamination
führt der
Roboterarm das Halbleitersubstrat einer anderen Behandlungskammer
zu, wobei in Schritt 815 eine Photolackschicht aufgebracht
wird. Danach, in Schritt 816, lädt der Roboterarm das Substrat
von der Beschichtungskammer von Schritt 815 und verifiziert
noch einmal, ob eine Rückseitenkontamination
stattgefunden hat. Jeder Schritt zum Ermitteln oder Verifizieren,
ob eine Rückseitenkontamination
stattgefunden hat (812, 814, 816, 818, 820, 822, 824 und 826),
umfasst eine Datenerfassung durch ein Datenverarbeitungssystem,
wie z. B. einen Computer oder Controller, der diese Informationen
speichert und mit früheren
Informationen und Grundlinieninformationen vergleicht, um zu ermitteln,
ob eine Kontamination stattgefunden hat. Danach, in Schritt 817,
lädt der
Roboterarm den Halbleiterwafer in eine Kammer für ein Soft-Bake-Verfahren.
Anschließend,
in Schritt 818, wird das Halbleitersubstrat auf den Roboterarm
geladen und eine Ermittlung wird durchgeführt, ob die Rückseite des
Halbleitersubstrats kontaminiert worden ist oder nicht. Danach,
in Schritt 819, wird das Substrat noch einmal vom Roboterarm
zu einer Behandlungskammer befördert,
um das Substrat bestimmten photographischen Bildern auszusetzen.
Anschließend
wird in Schritt 820 der Robotermechanismus das Substrat zur
Beförderung
laden, um zu ermitteln, ob in Schritt 819 eine Rückseitenkontamination
stattfand oder nicht. Danach, in Schritt 821, wird das
Halbleitersubstrat in eine Behandlungskammer befördert, um ein Post-Exposure-Bake
durchzuführen.
Danach, in Schritt 822, wird das Halbleitersubstrat aus
der Post- Exposure-Bake-Behandlungskammer
entfernt und noch einmal befördert,
um zu verifizieren, ob eine Rückseitenkontamination
stattgefunden hat oder nicht. In einem Schritt 823 wird
das Halbleitersubstrat zu einer Entwicklungskammer befördert. In Schritt 824 wird
das Halbleitersubstrat aus der Entwicklungskammer entfernt und befördert, um
zu ermitteln, ob eine Rückseitenkontamination
stattgefunden hat oder nicht. In Schritt 825 wird das Halbleitersubstrat
zu einer Hard-Bake-Behandlungskammer befördert. Anschließend, in
Schritt 826, wird das Halbleitersubstrat vom Roboterarm
geladen und noch einmal befördert,
um zu ermitteln, ob eine Rückseitenkontamination
stattgefunden hat oder nicht. In einem letzten Schritt 827 befördert der
Roboterarm das Halbleitersubstrat zur Entladung aus dem Behandlungswerkzeug.
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Es
sollte beachtet werden, dass es während des Ablaufs 800 eine
Anzahl von Ermittlungsschritten vom in Bezug auf 7 erörterten
Typ geben kann, wobei der Verfahrensablauf je nachdem, ob eine Kontamination
durch einen der Rückseitenkontaminationsverifikationsschritte
des Ablaufs von 8 detektiert worden ist oder
nicht, unterbrochen werden kann.
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Es
sollte beachtet werden, dass dies dadurch ein vorteilhafter Ablauf
gegenüber
dem Stand der Technik ist, dass er eine Echtzeitdetektion von Kontamination
auf einer Behandlungskammer-nach-Behandlungskammer-Basis gewährleistet. Mit
anderen Worten, fängt
eine bestimmte Kammer an, einen Wafer zu kontaminieren, würde die
Kontamination früh
detektiert werden, demzufolge die Kammer als Kontaminationsquelle
identifiziert wird. Das ist ein Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, wo
periodische Reinigungsschritte im Allgemeinen auf einer willkürlichen
Basis als eine vorbeugende Maßnahme
durchgeführt
werden. Die vorliegende Erfindung stellt ein deterministisches Verfahren
zur Überwachung
von Wafer- und Kammerkontamination zur Verfügung, reduziert die Anzahl
kontaminierter Wafer auf ein Minimum, indem sie eine Behandlung in
kontaminierten Kammern verhindert, und identifiziert die kontaminierte
Kammer zur Reinigung. Dadurch, dass ein Datenbestand über die
Kontaminationsgrade von einzelnen Wafern und Kammern geführt wird,
wird eine Vorgeschichte entwickelt, die verwendet werden kann, um
die Qualität
der Wafer und Kammern zu gewährleisten.
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Zwar
wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen
veranschaulicht und beschrieben, doch werden Fachleuten weitere
Modifikationen und Verbesserungen in den Sinn kommen. Zum Beispiel
könnten
neben Partikeln andere Arten von Kontamination detektiert werden,
zum Beispiel eine chemische Kontamination umfassend elementare und
molekulare Kontamination. Es muss deshalb verstanden werden, dass
diese Erfindung nicht auf die veranschaulichte besondere Verwendung
beschränkt
ist, und dass mit den angehängten
Ansprüchen
vorgesehen ist, alle Modifikationen, die nicht vom Umfang der Ansprüche abweichen,
abzudecken.