DE19744618A1 - Gravimetric method for determining material removal from semiconductor wafers - Google Patents
Gravimetric method for determining material removal from semiconductor wafersInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Mate rialabtrags einer Halbleiterscheibe nach einer materialabtra genden Behandlung derselben, sowie eine Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining the mate rial ablation of a semiconductor wafer after a material removal treatment of the same, and a device for through conduct of the procedure.
Die Herstellung einkristalliner Siliciumscheiben als Ausgangs material für elektronische Bauelemente erfordert wiederholt Verfahrensschritte, in welchen das Halbleitermaterial chemisch oder mechanisch behandelt werden muß. Dies kann zu Reinigungs zwecken geschehen, um oberflächlich anhaftende Verunreinigun gen zu beseitigen, die nach dem Schleifen oder Polieren der Halbleiterscheiben auf diesen zurückgeblieben waren. Durch ma terialabtragende Behandlungen, wie beispielsweise Ätzen, Schleifen oder Polieren werden Defekte im oberflächennahen Kristallbereich, die durch vorangegangene Bearbeitungsschritte entstanden waren, entfernt. In naßchemischen Prozessen kann das materialabtragende Behandlungsmittel wahlweise sauer (kon zentriertes Salpeter- und Flußsäuregemisch) oder alkalisch (konzentrierte Alkalilauge) sein.The manufacture of single crystalline silicon wafers as a starting point Material for electronic components requires repeated Process steps in which the semiconductor material is chemically or must be treated mechanically. This can lead to cleaning for the purpose of superficially adhering impurities to eliminate conditions after grinding or polishing the Semiconductor wafers remained on them. By ma material-removing treatments, such as etching, Grinding or polishing become defects near the surface Crystal area by previous processing steps were created, removed. In wet chemical processes can the material-removing treatment agent optionally acidic (con centered nitric and hydrofluoric acid mixture) or alkaline (concentrated alkali solution).
Ziel einer materialabtragenden Behandlung ist, eine möglichst planparallele und defektfreie Scheibenoberfläche bei gleich zeitig möglichst geringem Materialabtrag zu erhalten. Je nach Qualitätsanforderung kann der Materialabtrag zwischen 10 und 100 µm betragen. Um eine gleichbleibende Scheibenqualität zu garantieren, ist es weiterhin wichtig, daß der Materialabtrag, insbesondere bei einer naßchemischen Behandlung, homogen über die gesamte Oberfläche erfolgt und über alle Behandlungsfahr ten konstant bleibt. Die Zusammensetzung eines materialabtra genden Behandlungsmittels, wie beispielsweise eines Gemisches aus Salpeter- und Flußsäure, verändert sich aber während des Verlaufs der Behandlung der Halbleiterscheiben durch den Verbrauch an reaktiven Wirkstoffen, wie beispielsweise an Flußsäure. Zudem nimmt der Verunreinigungsgrad bei fortgesetz tem Gebrauch des Behandlungsmittels durch die Entstehung von Reaktionsprodukten zu, während die Reaktivität infolge des Verbrauchs an reaktiven Wirkstoffen ständig abnimmt. Die Ab nahme der Reaktivität bedingt auch einen verminderten Mate rialabtrag bei konstanter Dauer der Behandlung, wodurch die Halbleiterscheiben der nachfolgenden Behandlungsfahrten Quali tätseinbußen erleiden.The aim of a material removal treatment is one if possible plane-parallel and defect-free pane surface at the same time to get material removal as early as possible. Depending on The material removal between 10 and 100 µm. In order to maintain a constant disc quality guarantee, it is still important that the material removal, especially with a wet chemical treatment, homogeneously over the entire surface is done and over all treatment driving ten remains constant. The composition of a material treatment agent, such as a mixture from nitric and hydrofluoric acid, but changes during the Course of the treatment of the semiconductor wafers by the Consumption of reactive active ingredients, such as Hydrofluoric acid. In addition, the level of contamination continues to increase tem use of the treatment agent through the development of Reaction products while the reactivity due to the Consumption of reactive active ingredients is constantly decreasing. The Ab decrease in reactivity also results in a decreased mate rial abrasion with constant duration of treatment, whereby the Semiconductor wafers of the subsequent treatment trips Quali suffer loss of crime.
Um einen Materialabtrag zu erhalten, der innerhalb eines vor bestimmten Zielabtrags rangiert, und um eine gleichbleibende Produktqualität zu garantieren, muß das materialabtragende Be handlungsmittel nach einer bestimmten Gebrauchsdauer durch die Zugabe von beispielsweise Flußsäure aufbereitet, nach einer weiteren bestimmten Gebrauchsdauer ausgetauscht werden.To get a material removal that is within a pre certain target deduction, and a constant To guarantee product quality, the material-removing Be means of action after a certain period of use by the Addition of, for example, hydrofluoric acid processed, after a another certain service life.
Der Reaktivitätsverlust des Behandlungsmittels kann aus dem Materialabtrag, der der Menge an in Lösung übergeführtem Sili ciums entspricht, bestimmt werden; d. h. Materialabtrag und Re aktivitätsverlust stehen in einer direkten Beziehung.The loss of reactivity of the treatment agent can from the Material removal, the amount of sili transferred into solution ciums corresponds to be determined; d. H. Material removal and re Loss of activity is directly related.
Der Materialabtrag wird beispielsweise über die Messung der Dicke einer Scheibe einer Charge vor und nach der Behandlung mit dem materialabtragenden Behandlungsmittel bestimmt und er folgt mit mechanischen Tastermeßeinrichtungen oder berührungs los durch eine kapazitive oder optische Meßeinrichtung.The material removal is, for example, by measuring the Thickness of a slice of a batch before and after treatment determined with the material-removing treatment agent and he follows with mechanical styli or touch go through a capacitive or optical measuring device.
Dazu muß eine Scheibe vor der Behandlungsfahrt aus ihrer Transporthorde entnommen, zu einer Meßeinrichtung übergeführt, vermessen und anschließend wieder in die Transporthorde einge setzt werden. Nach der Behandlungsfahrt muß dieser zeit- und arbeitsaufwendige Vorgang zur Bestimmung des Materialabtrags wiederholt werden.To do this, a disc must be removed from your vehicle before the treatment journey Removed transport tray, transferred to a measuring device, measured and then reinserted into the transport tray be set. After the treatment trip, this must be time and Labor-intensive process for determining material removal be repeated.
Gemäß dem Stand der Technik werden die Meßeinrichtungen manu ell beschickt, die ihre Integration in eine automatisierte Be handlungsstation ausschließt. According to the prior art, the measuring devices are manual ell, which is integrated into an automated loading system action station excludes.
Zudem können die empfindlichen Meßeinrichtungen nicht den kor rosiven Gasen, die bei Behandlungen mit naßchemischen Behand lungsmitteln entstehen, ausgesetzt werden.In addition, the sensitive measuring devices can not the kor rosy gases used in treatments with wet chemical treatments agents arise, are exposed.
Eine schnelle Rückkopplung im Rahmen eines geschlossenen Re gelkreises, d. h. ein Abgleich zwischen Ist- und Sollabtrags werten durch geeignete Maßnahmen, die für eine kontinuierlich arbeitende, industrielle Behandlungsanlage wichtig wäre, ist hier nicht möglich. Folglich resultieren Behandlungsfahrten mit starken Abweichungen vom Zielabtrag, die entweder mit ei nem Verlust an hochreinem Halbleitermaterial oder mit Quali tätseinbußen einhergehen.A quick feedback as part of a closed re gel circle, d. H. a comparison between actual and target deduction evaluate through appropriate measures that are necessary for a continuous working, industrial treatment plant would be important not possible here. This results in treatment trips with strong deviations from the target deduction, either with egg loss of high-purity semiconductor material or with quality loss of crime.
Darüber hinaus ist das Meßergebnis mit einer hohen Meßunsi cherheit behaftet, da die Dickenmessung meist stellvertretend an nur einer willkürlich gewählten Scheibe vorgenommen und das Ergebnis auf die gesamte Charge übertragen wird.In addition, the measurement result is with a high measurement security, because the thickness measurement is mostly representative made on just one arbitrarily selected disc and that Result is transferred to the entire batch.
Es bestand daher die Aufgabe, den Stand der Technik zu verbes sern, insbesondere, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzuge ben, die zunächst eine gezielte Aufbereitung und schließlich einen erschöpfenden Gebrauch des materialabtragenden Behand lungsmittels ermöglichen, insbesondere durch die exakte Be stimmung des Materialabtrags durch eine prozeßintegrierte, automatisierte Meßeinrichtung.The task was therefore to improve the state of the art sern, in particular, a method and an apparatus ben that first a targeted preparation and finally an exhaustive use of the material-removing treatment lungsmittel enable, especially by the exact Be material removal through a process-integrated, automated measuring device.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung des Materialabtrags einer Charge von Halbleiterscheiben nach einer materialabtragenden Behandlung, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialabtrag gravimetrisch bestimmt wird, indem die Charge vor und nach der materialabtragenden Behandlung gewogen wird.The task is solved by a method for determining the Material removal of a batch of semiconductor wafers after a material-removing treatment, characterized in that the material removal is determined gravimetrically by the Batch weighed before and after the material removal treatment becomes.
Gelöst wird die Aufgabe auch durch eine Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens gemäß dem unabhängigen Vorrichtungsan spruch. The task is also solved by a device for through Operation of the process according to the independent device instruction say.
Materialabtragende Behandlungen mit naßchemischen Behandlungs mitteln, wie beispielsweise einem Säuregemisch, erfordern we gen der Aggressivität der verwendeten Säuren und der bei der Behandlung entstehenden korrosiven und gesundheitsschädlichen Gase spezielle, hermetisch gekapselte Behandlungsstationen.Material-removing treatments with wet chemical treatment agents, such as an acid mixture, require we against the aggressiveness of the acids used and the Treatment arising corrosive and harmful Gases special, hermetically sealed treatment stations.
Sogenannte Horden sind Halteeinrichtungen, in welchen die Halbleiterscheiben nebeneinander in einem bestimmten Abstand gestapelt sind. Dabei unterscheidet man zwischen den einfachen Transporthorden und den teuren, chemikalienresistenten und füllstoffarmen Prozeßhorden, in welchen die Halbleiterscheiben die materialabtragende Behandlung durchlaufen. Zur. Prozessie rung der Halbleiterscheiben in einer materialabtragenden Be handlungsstation müssen die Scheibenstapel aus den Trans porthorden in die Prozeßhorden umgesetzt (umgehordet) werden.So-called hordes are holding devices in which the Semiconductor wafers next to each other at a certain distance are stacked. A distinction is made between the simple ones Transport trays and the expensive, chemical resistant and Low-fill process trays in which the semiconductor wafers undergo the material removal treatment. For. Process tion of the semiconductor wafers in a material-removing Be handling station must remove the stack of disks from the trans port hordes are converted into process hordes.
In Fig. 1a bis c sind das Umhorden und das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Materialabtrags sowie die Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens schematisch dargestellt.In Fig. 1a to c the Umhorden and the inventive method for determining the material removal and the device for performing the method are shown schematically.
Zu Beginn einer Behandlung in einer materialabtragenden Be handlungsstation werden die Halbleiterscheiben 2, in Trans porthorden 1 gestapelt, angeliefert und auf der Hordenposition der Eingabestation abgestellt. Eine Umhordevorrichtung, umfas send eine Hubvorrichtung 4, eine kammförmige Scheibenaufnahme 3 und die erfindungsgemäße Wägeeinrichtung 5, befindet sich nun unter der Transporthorde, die so gestaltet ist, daß die Auflage- und Fixierpunkte für die Scheiben seitlich liegen. Die Scheibenaufnahme fährt in die unten offene Transporthorde und übernimmt die parallel angeordneten Scheiben während des Aushebens. Die in die Umhordevorrichtung integrierte Wägeein richtung 5 ermittelt das Gewicht aller in der Scheibenaufnahme 3 fixierten Scheiben. Ein Prozeßrechner errechnet aus dem Ge wicht des Scheibenstapels und dem bekannten Durchmesser der Scheiben deren Anzahl und Dicke. Gleichzeitig wird die Trans porthorde 1 automatisch gegen eine Prozeßhorde 6 ausgetauscht. At the beginning of a treatment in a material-removing treatment station, the semiconductor wafers 2 , stacked in transport portals 1 , are delivered and placed on the tray position of the input station. A transfer device, comprising a lifting device 4 , a comb-shaped disk holder 3 and the weighing device 5 according to the invention, is now under the transport tray, which is designed so that the support and fixing points for the disks are located laterally. The disc holder moves into the transport tray which is open at the bottom and takes over the discs arranged in parallel during the excavation. The weighing device 5 integrated into the transfer device determines the weight of all the disks fixed in the disk holder 3 . A process computer calculates the number and thickness of the weight of the disk stack and the known diameter of the disk. At the same time, the Trans port tray 1 is automatically exchanged for a process tray 6 .
Nach der Gewichtsbestimmung des Scheibenstapels durch die er findungsgemäße Wägeeinrichtung 5 senkt sich die Umhordevor richtung 4, umfassend die auf der Scheibenaufnahme fixierten Halbleiterscheiben; d. h. die Scheiben 2 werden von oben in die Prozeßhorde 6 eingesetzt. Jetzt beginnt die materialabtragen de Behandlungsfahrt, die mehrere Behandlungsstationen, insbe sondere eine abschließende Trocknungsstation nach einer naß chemischen Prozessierung umfaßt.After determining the weight of the stack of disks by the weighing device 5 according to the invention, the Umhordevor device 4 lowers, comprising the semiconductor wafers fixed on the wafer holder; ie the disks 2 are inserted into the process tray 6 from above. Now the material-removing treatment run begins, which includes several treatment stations, in particular a final drying station after a wet chemical processing.
Im Anschluß an die Behandlungsfahrt wird der Scheibenstapel von der Prozeßhorde 6 in die Transporthorde 1 umgesetzt. Der Umhordevorgang verläuft in Analogie zu dem zu Beginn der Be handlungsfahrt. Die erfindungsgemäße Wägeeinrichtung 5 erfaßt während des Umsetzens des Scheibenstapels von der Prozeßhorde 6 in die Transporthorde 1 an der Ausgabestation das Gewicht des Scheibenstapels. Der Prozeßrechner ermittelt aus der Differenz der Wägungen den Materialabtrag. Der Ist-/Sollab tragswert und die Regelung des Abgleichs zwischen beiden Wer ten erfolgt sofort, d. h. in einem echten Regelkreis durch ge eignete Maßnahmen, wie beispielsweise durch Nachdosieren von reaktiven Wirkstoffen zu dem Behandlungsmittel oder Verlänge rung der Behandlungsdauer für die folgende Charge.Following the treatment run, the stack of disks is transferred from the process tray 6 into the transport tray 1 . The process of rearrangement is analogous to that at the beginning of the treatment trip. The weighing device 5 according to the invention detects the weight of the disk stack during the transfer of the disk stack from the process tray 6 into the transport tray 1 at the output station. The process computer determines the material removal from the difference in the weighings. The actual / target removal value and the regulation of the comparison between the two values takes place immediately, ie in a real control loop by suitable measures, such as for example by adding reactive agents to the treatment agent or extending the treatment duration for the following batch.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die beanspruchte Vorrich
tung zur Durchführung des Verfahrens zeigen gegenüber dem
Stand der Technik eine deutlich verbesserte Bestimmung der
Dickenmeßwerte, da das Meßergebnis durch alle prozessierten
Scheiben bestimmt und die Messung automatisiert ausgeführt
wird. Die Folge der exakten Abtragsbestimmung ist eine umfas
sende Verfahrensoptimierung. Zusammenfassend sei hier bei
spielsweise genannt:
The method according to the invention and the claimed device for carrying out the method show a significantly improved determination of the thickness measurements compared to the prior art, since the measurement result is determined by all processed slices and the measurement is carried out automatically. The consequence of the exact determination of the removal is a comprehensive process optimization. To summarize, for example:
- - in Abhängigkeit von der Scheibenanzahl und dem Material ab trag kann der genaue Verbrauch an reaktiven Wirkstoffen be stimmt werden;- depending on the number of discs and the material The exact consumption of reactive active ingredients can be of concern be voted;
- - im Bereich eines vorbestimmten Zielabtrags wird ein erschöp fender Gebrauch des materialabtragenden Behandlungsmittels oh ne Qualitätseinbußen möglich, da die Mengen an nachzudosierenden reaktiven Wirkstoffen genau bestimmt sind, was einen reduzierten Chemikalienbedarf mit sich bringt;- In the area of a predetermined target deduction is exhausted fender use of the material-removing treatment agent oh ne quality loss possible because of the quantities of reactive active ingredients to be added are precisely determined, which brings with it a reduced need for chemicals;
- - durch die prozeßintegrierte Meßeinrichtung erfolgt der rechnergestützte Ist-/Sollabtragswert und die Regelung des Ab gleichs zwischen beiden Werten sofort, d. h. in einem echten Regelkreis; der Abgleich kann dabei beispielsweise bei kon stanter Behandlungsdauer durch eine variable Nachdosierung oder bei konstanter Nachdosierung durch eine variable Behand lungsdauer erreicht werden. Eine Kombination beider Verfahren ist auch möglich.- The process-integrated measuring device computer-aided actual / target removal value and the regulation of the Ab immediately between the two values, d. H. in a real one Control loop; the adjustment can, for example, with con constant duration of treatment through variable subsequent dosing or with constant dosing through a variable treatment duration can be achieved. A combination of both processes is possible, too.
Das beanspruchte Verfahren und die Vorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens sind erfindungsgemäß auf alle Verfahren anwendbar, in welchen die Behandlung von Substraten mit einem Gewichtszuwachs oder -verlust verbunden ist und die Gewichts differenz ein hinreichendes Kennzeichen für die Behandlungs qualität darstellt. Beispielsweise sind hier Schleif-, Po lier-, Beschichtungs- und Entschichtungsverfahren zu nennen.The claimed method and the device for implementation tion of the method are according to the invention on all methods applicable in which the treatment of substrates with a Weight gain or loss is linked and the weight difference is a sufficient indicator for the treatment represents quality. For example, grinding, buttocks naming, coating and stripping processes.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1997144618 DE19744618A1 (en) | 1997-10-09 | 1997-10-09 | Gravimetric method for determining material removal from semiconductor wafers |
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| DE1997144618 DE19744618A1 (en) | 1997-10-09 | 1997-10-09 | Gravimetric method for determining material removal from semiconductor wafers |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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