Überwachung von und Fehlererkennung in Fabrikchemikalienprozessen

Chipqualität in Halbleiterfertigungsprozessen wird typischerweise als die Verringerung der Variabilität um das Ziel herum definiert, oder anders ausgedrückt, wie gut die Verteilung zwischen den unteren und oberen spezifizierten Grenzen liegt. Qualitätskritische Merkmale (Critical to Quality, CTQ) und die Einhaltung von Kundenanforderungen spielen ebenfalls eine wichtige Rolle. Eine zu hohe Variabilität in der Fertigung führt schnell zu Problemen mit der Produktqualität. Um eine stabile Marktversorgung mit guten Produkten zu gewährleisten, sind gründliche Qualitätsmetriken und Prozesssteuerung erforderlich. Einen wichtigen Teil der Produktqualität und Herstellung stellen Chemikalien dar. In den Halbleiterwaferanlagen werden während des gesamten Herstellungsprozesses Tonnen von Chemikalien verbraucht. Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit jedes Prozesses haben daher oberste Priorität. Selbst die geringste Abweichung von der Spezifikation kann eine kostspielige Kontamination der Geräte und Ausschuss von Wafern  verursachen.

 

Anwendungen in der Überwachung von und Fehlererkennung in Fabrikchemikalienprozessen

Vaisala bietet eine zuverlässige, präzise und kosteneffiziente Inline-Messtechnik in Echtzeit für Konzentrationsmessungen in der nass-chemischen Analytik. Diese kann kostspielige und komplexe Analysegeräte ersetzen, die für die Überwachung von und Fehlererkennung in Fabrikchemikalienprozessen sowie für die Kontrolle der CMP-Schlammzusammensetzung und -konzentration eingesetzt werden.

Halbleiternasschemikalien

Echtzeit-Konzentrationsüberwachung von Nasschemikalien während  der Siliziumwaferherstellung in einer Nassbank oder einem  Nassprozess.

Peroxidmischung und -dosierung bei CMP

Kritische Prozesssysteme: Überwachung der Konzentration von Wasserstoffperoxid H2O2 oder eines anderen Oxidationsmittels während des CMP-Prozesses (chemisch-mechanisches Planarisieren). 

Whitepaper

Inline-Brechungsindex bei der Prüfungscharakterisierung von eingehenden unverbrauchten und abfließenden verbrauchten CMP-Schlämmen

Inline-Messungen des Brechungsindex sind das gängige Verfahren, um den Wasserstoffperoxidgehalt in CMP-Schlämmen zu qualifizieren. Der Peroxidgehalt ist jedoch nicht die einzige interessante Schlammmetrik. Typischerweise werden Schlämme vom Hersteller in konzentrierter Form geliefert und dann in der Fabrik mit Wasser und Peroxid verdünnt. Obwohl die Schlammdichte ein kritischer Parameter für die CMP-Leistung ist, kann die Eingangsdichte von Charge zu Charge variieren.

Inline-Brechungsindex ersetzt Autotitration zur Qualifizierung der H₂O₂-Konzentration in CMP von Wolfram

Brechungsindexmessungen haben sich als gängiges Verfahren zur Qualifizierung des Peroxidgehalts in Schlämmen für CMP von Wolfram etabliert. In vielen neu entstehenden Prozessabläufen kommt CMP als wichtiges Hilfsmittel für den Aufbau von Schaltkreisstrukturen zum Einsatz. Dadurch werden sowohl die Anzahl der CMP-Schritte als auch mögliche Ertragsverluste erhöht, wenn die Schlammzusammensetzung von der Spezifikation abweicht.  Während Autotitrationsmessungen äußerst genaue Ergebnisse liefern können, verursachen sie hohe Investitionsgüterkosten und laufende Wartungskosten und ermöglichen nur getrennte Probenahmen in festgelegten Intervallen. Der Brechungsindex, eine kontinuierliche Messung, bei der kein Schlamm verbraucht wird, hilft Fabriken dabei, Fehler in der Schlammzusammensetzung schnell zu erkennen, um die Anzahl gefährdeter Wafer zu verringern.

Inline-Überwachung des Brechungsindex zur Erkennung von CMP-Schlammfehlern

Inline-Brechungsindexmessungen haben sich als gängiges Verfahren zur Erkennung von Fehlern in der Mischung und Dosierung von CMP-Schlämmen führender Fabriken etabliert. Der Brechungsindex, eine kontinuierliche Messung ohne Probenahmen, unterstützt Fabriken dabei, Änderungen in der Schlammzusammensetzung schnell zu erkennen.

Nach der Kalibrierung auf die Temperatur-/Brechungsindexeigenschaften eines bestimmten Schlamms können Brechungsindexmessungen die Konzentration von Wasserstoffperoxid im Schlamm mit einer Genauigkeit von ±0,02 % pro Gewicht für Kupfer- und Wolframschlämmen bestimmen. In Langzeitstudien an dieser Spitzenfabrik konnten Messungen für CMP-Prozesse mit Low-Node-Technologie drei Jahre lang zuverlässig Schlammzusammensetzungen nachweisen, ohne dass die Messgeräte über das routinemäßige Spülen des Schlammmischertanks hinaus gewartet werden  mussten.

In-situ-Überwachung von Chemikalien für die Chemikalienbeschaffung in der Halbleiterfertigung

Die Qualität eingehender Chemikalien wurde den Chemikalienlieferanten überlassen. Halbleiterhersteller sind nur sehr eingeschränkt oder gar nicht in der Lage, Probleme mit den Prozesschemikalien ihrer Lieferanten festzustellen. Es wurde ermittelt, dass das Produkt jeglichen Änderungen eingehender Chemikalien ausgesetzt ist, unabhängig von der Ursache, dem Lieferanten, der Mechanik oder der Person. Tatsächlich kann gesagt werden, dass das Produkt als Überwachungsmittel für die Chemikalien dient. In diesem Whitepaper werden verschiedenste Überwachungsmethoden erörtert. Es werden bewährte Verfahren für eine kosteneffiziente Anwendung für eine Vielzahl von Halbleiterchemikalien vorgeschlagen. Die Lösung des Gesamtproblems stellt nicht ein einzelnes Gerät oder Schema dar, sondern eine Reihe von Geräten und eine Änderung des grundlegenden Denkens im Bereich der Chemikalienverteilung. Unterstützende Daten und andere relevante experimentelle Ergebnisse werden ebenfalls besprochen, um die Ergebnisse zu unterstützen und zu untermauern.