Die Entfernung von Ätzrückständen ist ein wichtiger Reinigungsschritt in der Halbleiterfertigung. Nach dem Plasmaätzen können polymere und andere Rückstände auf der Waferoberfläche verbleiben, die vor den nachfolgenden Fertigungsschritten entfernt werden müssen. Die Leistungsfähigkeit des Reinigungsprozesses hängt nicht nur von der eingesetzten Reinigungschemie ab, sondern auch von der Einhaltung der richtigen chemischen Zusammensetzung. Die Inline-Refraktometrie liefert kontinuierlich Echtzeitinformationen über Veränderungen der EKC®-Reinigungschemie direkt im Prozess.
Warum ist die Zusammensetzung von EKC®-Reinigungslösungen bei der Entfernung von Ätzrückständen wichtig?
EKC®-Reinigungschemikalien werden bei der Reinigung nach dem Ätzen eingesetzt, um Polymerrückstände und andere unerwünschte Materialien von Waferoberflächen zu entfernen. Der Wassergehalt der EKC®-Lösung muss innerhalb des festgelegten Betriebsbereichs bleiben. Ein zu hoher Wassergehalt kann das Korrosionsrisiko erhöhen, während ein zu niedriger Wassergehalt die Wirksamkeit der Polymerentfernung beeinträchtigen kann.
Eine zuverlässige Überwachung der EKC®/Wasser-Zusammensetzung ist daher wichtig, um stabile Reinigungsbedingungen aufrechtzuerhalten, Waferoberflächen zu schützen und gleichbleibende Prozessergebnisse zu unterstützen.
Wie funktioniert die Entfernung von Ätzrückständen nach dem Plasmaätzen?
Beim Plasmaätzen wird Material selektiv vom Wafer abgetragen, um die gewünschten Halbleiterstrukturen zu erzeugen. Durch die Wechselwirkungen zwischen Plasmaspezies, Fotolack und Wafermaterialien können nach dem Ätzprozess Rückstände auf der Waferoberfläche verbleiben.
Diese Rückstände müssen vor der weiteren Verarbeitung entfernt werden, da verbleibende Verunreinigungen nachfolgende Fertigungsschritte beeinträchtigen und die Waferqualität beeinflussen können. Bei einem typischen Reinigungsprozess nach dem Ätzen wird der Wafer mit einer chemischen Reinigungslösung behandelt, die dafür ausgelegt ist, die verbleibenden Rückstände aufzulösen oder zu entfernen. Hierfür können Sprühreinigungsanlagen mit EKC®-Reinigungschemie eingesetzt werden.
Abhängig von der Prozesskonfiguration kann die Reinigungslösung nach der Behandlung aufgefangen und in einen Tank zurückgeführt werden, wodurch ein zirkulierendes Chemikaliensystem entsteht. Innerhalb dieses Kreislaufs kann sich die Zusammensetzung der Reinigungslösung im Laufe der Zeit verändern. Während des Betriebs kann Wasser verdampfen, Chemikalien können nachdosiert oder ausgetauscht werden und prozessbedingte Veränderungen können die Zusammensetzung der Lösung beeinflussen.
Warum ist eine präzise EKC®-Konzentrationsüberwachung wichtig?
Das Verhältnis zwischen EKC®-Reinigungschemie und Wasser beeinflusst die Leistungsfähigkeit des Reinigungsprozesses nach dem Ätzen. Die Einhaltung der erforderlichen Zusammensetzung ist daher entscheidend für eine reproduzierbare Entfernung von Ätzrückständen.
Sowohl ein zu niedriger als auch ein zu hoher Wassergehalt kann problematisch sein. Steigt der Wassergehalt zu stark an, kann sich das Korrosionsrisiko erhöhen. Ist der Wassergehalt hingegen zu niedrig, erreicht die Reinigungschemie möglicherweise nicht mehr die erforderliche Wirksamkeit bei der Polymerentfernung.
Veränderungen der Zusammensetzung können durch Verdampfung, Nachdosierung, Austausch von Chemikalien, prozessbedingte Verschleppung oder andere Einflüsse innerhalb des Kreislaufs entstehen. Regelmäßige manuelle Probenahmen können solche Abweichungen erkennen, liefern jedoch nur Informationen zu einzelnen Messzeitpunkten. Die kontinuierliche Inline-Messung stellt dem Bedienpersonal während des laufenden Prozesses unmittelbar Informationen über Veränderungen der Reinigungslösung zur Verfügung.
Wie lässt sich die EKC®-Zusammensetzung durch Brechungsindexmessung überwachen?
Der Brechungsindex ist ein Messparameter zur Charakterisierung der Zusammensetzung flüssiger chemischer Gemische. Verändert sich das Verhältnis zwischen EKC®-Reinigungschemie und Wasser, ändern sich entsprechend auch die optischen Eigenschaften der Lösung.
Sobald ein anwendungsspezifischer Zusammenhang zwischen Brechungsindex, Temperatur und chemischer Zusammensetzung ermittelt wurde, kann die refraktometrische Messung zur kontinuierlichen Überwachung von Veränderungen des EKC®/Wasser-Verhältnisses eingesetzt werden.
Im Gegensatz zur regelmäßigen Probenahme für Laboranalysen misst ein Inline-Prozessrefraktometer direkt im zirkulierenden Chemikalienstrom. Die Brechungsindexmessung kann somit als Parameter der Prozessanalysentechnik (Process Analytical Technology, PAT) in die kontinuierliche Prozessüberwachung der Halbleiterfertigung integriert werden.
Wie wird die EKC®-Reinigungschemie während des Betriebs überwacht?
Manuelle Labormessungen können zur regelmäßigen Überprüfung des Zustands der Reinigungschemie eingesetzt werden. Halbleiterfertigungsprozesse laufen jedoch kontinuierlich oder in wiederkehrenden Produktionszyklen ab, sodass Veränderungen der chemischen Zusammensetzung zwischen einzelnen Probenahmen auftreten können.
Die Inline-Messung liefert kontinuierliche Informationen zwischen den einzelnen Probenahmen, indem der Brechungsindex direkt im EKC®-Chemikalienkreislauf gemessen wird. Dadurch können Bediener Konzentrationsänderungen bereits während ihres Auftretens erkennen, anstatt auf die nächste manuelle Probenahme warten zu müssen.
Die kontinuierliche EKC®-Überwachung kann folgende Vorteile bieten:
- Echtzeitüberwachung der Zusammensetzung der Reinigungschemie
- Unmittelbare Erkennung von Veränderungen des Wassergehalts
- Erkennung unerwarteter Konzentrationsabweichungen
- Überwachung definierter oberer und unterer Prozessgrenzwerte
- Geringere Abhängigkeit von manuellen Probenahmen
- Frühzeitige Erkennung von Abweichungen der chemischen Zusammensetzung
- Verbesserte Transparenz des Reinigungsprozesses nach dem Ätzen
- Integration in automatisierte Prozessüberwachungs- und Steuerungssysteme
Das Messsignal kann an eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder ein übergeordnetes Prozessleitsystem übertragen werden. Dadurch lässt sich der Zustand der EKC®-Reinigungschemie gemeinsam mit anderen relevanten Prozessparametern überwachen. Gleichzeitig stehen kontinuierliche Informationen über den Reinigungsprozess zur Verfügung.
Welche Vorteile bietet die kontinuierliche EKC®-Konzentrationsüberwachung?
Die kontinuierliche refraktometrische Überwachung bietet wichtige Vorteile bei der Entfernung von Ätzrückständen. Durch die direkte Messung der Reinigungschemie im Prozess können Veränderungen der EKC®/Wasser-Zusammensetzung unmittelbar erkannt werden, anstatt ausschließlich auf regelmäßige Laboranalysen angewiesen zu sein.
Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:
- Kontinuierliche Echtzeitüberwachung der EKC®-Reinigungschemie
- Unmittelbare Erkennung von Veränderungen des Wassergehalts
- Frühzeitige Erkennung von Konzentrationsabweichungen
- Zuverlässige Überwachung definierter oberer und unterer Prozessgrenzwerte
- Unterstützung einer gleichbleibenden Entfernung von Polymer- und Ätzrückständen
- Geringere Abhängigkeit von manuellen Probenahmen und Laboranalysen
- Verbesserte Prozesstransparenz und Kontrolle der chemischen Zusammensetzung
- Unterstützung einer kontrollierten Chemikaliennachdosierung und Badbewirtschaftung
- Integration der Chemikalienüberwachung in die automatisierte Prozesssteuerung
- Frühzeitige Erkennung von Abweichungen, bevor diese nachfolgende Prozessschritte beeinträchtigen können
- Unterstützung stabiler und reproduzierbarer Reinigungsbedingungen nach dem Ätzen
Durch die kontinuierliche Messung wird die chemische Zusammensetzung von einem regelmäßig im Labor überprüften Parameter zu einer kontinuierlich verfügbaren Prozessgröße. Dies kann dem Bedienpersonal helfen, die Reinigungschemie innerhalb des festgelegten Prozessfensters zu halten und schneller auf Veränderungen der zirkulierenden Lösung zu reagieren.
