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Dokumentenidentifikation DE102005051812A1 01.02.2007
Titel Vorrichtung zum Ätzen von Schichten auf Halbleiterwafern und Verfahren zum Ätzen solcher Schichten sowie Verwendung eines Spektrometers
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Harfmann, Markus, Dipl.-Ing., Villach, AT;
Binter, Alexander, Dipl.-Ing., Villach, AT;
Schagerl, Günter, Dipl.-Ing., Finkenstein, AT;
Santos Rodriguez, Francisco Javier, Dr. sc. techn., Villach, AT;
Prax, Emil, Dipl.-Ing., Klagenfurt, AT;
Fathulla, Ahmad, Dr., Villach, AT
Vertreter Schweiger & Partner, 80333 München
DE-Anmeldedatum 27.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005051812
Offenlegungstag 01.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.02.2007
IPC-Hauptklasse H01L 21/306(2006.01)A, F, I, 20051027, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01B 11/06(2006.01)A, L, I, 20051027, B, H, DE   H01L 21/66(2006.01)A, L, I, 20051027, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ätzen von Schichten auf Halbleiterwafern (5) mit einem flüssigen Ätzmittel (2). Zur Erzielung eines optimalen Ätzergebnisses soll der Ätzvorgang überwacht und gesteuert werden. Dazu umfasst eine Vorrichtung zum Ätzen von Halbleiterwafern (5) ein Spektrometer (13) zur Messung der Ätzmittelkonzentration.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ätzen von ganz oder teilweise abzutragenden Schichten auf Halbleiterwafern mit einem flüssigen Ätzmittel. Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Ätzen solcher Schichten sowie die Verwendung eines Spektrometers.

Bei der Herstellung von Halbleiterchips ist typischerweise eine Vielzahl von Ätzvorgängen notwendig, bei denen zuvor auf den Halbleiterwafer aufgebrachte Schichten oder Teile des Halbleiterwafers ganz oder teilweise abgetragen werden. Ein Ätzvorgang kann dabei beispielsweise in einem mit einem Ätzmittel gefüllten Ätzbad durchgeführt werden, in das der Halbleiterwafer getaucht wird. Als Ätzmittel kann zum Beispiel Flusssäure zum Einsatz kommen. Es sind jedoch auch andere anorganische und organische Ätzmittel bekannt.

Werden viele Halbleiterwafer nacheinander geätzt, so nimmt die Ätzmittelkonzentration im Ätzbad und damit die Ätzrate mit der Zeit ab. Damit ist auch die Ätzwirkung nach einer gewissen Zeit nicht mehr zufriedenstellend. Das auf diese Weise verbrauchte Ätzmittel muss somit ausgetauscht, durch Zugabe bestimmter Komponenten „aufgefrischt" oder es müssen zumindest Prozessparameter wie die Verweildauer des Halbleiterwafers im Ätzbad den veränderten Bedingungen angepasst werden.

Aus der US 6,843,880 B2 ist eine Vorrichtung zum Überwachen des Ätzvorgangs beim Ätzen von Schichten auf Halbleiterwafern bekannt, bei der je eine Elektrode jeweils in der Nähe der Vor- und der Rückseite eines zu ätzenden Halbleiterwafers in das flüssige Ätzmittel getaucht wird. Der Durchbruch auf eine tiefer liegende Schicht wird durch eine Änderung der Impedanz in einem angeschlossenen Wechselstromkreis detektiert.

Diese Lösung ermöglicht eine Überwachung des Ätzvorganges insofern, als sie die Bestimmung des Zeitpunktes erlaubt, zu dem der vollständige Abtrag einer Schicht und der Durchbruch auf die darunter liegende Schicht erfolgt ist. Auf diese Weise erlaubt sie auch eine Anpassung der Verweildauer des Halbleiterwafers im Ätzbad an die Prozessbedingungen. Sie weist allerdings verschiedene Nachteile auf.

So kann mit der bekannten Vorrichtung nur ein vollständiger Abtrag einer Schicht überwacht werden, ein nur teilweiser Abtrag jedoch nicht. Dies ist aber beispielsweise bei der Substratätzung, bei der im Zuge der Waferdünnung eine Siliziumschicht lediglich bis zu einer gewünschten, fest determinierten Dicke abgetragen werden soll, notwendig.

Darüberhinaus kann das Eintauchen von Elektroden in das Ätzbad dazu führen, dass Bereiche auf der Waferoberfläche durch die Elektroden gegen die Strömung des Ätzmittels abgeschattet werden und somit der Ätzvorgang an den betroffenen Stellen auf der Waferoberfläche unerwünscht beeinflusst wird.

Da die Elektroden für eine präzise Überwachung möglichst nah an der Waferoberfläche platziert werden, diese aber nicht berühren sollen, müssen beim Beladen des Beckens geeignete Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden, damit eine Beschädigung des Wafers durch die Elektroden ausgeschlossen ist. Besonders beim Beladen eines Beckens mit vielen Wafern gleichzeitig ist der Einsatz von Elektroden und Messfühlern deshalb sehr aufwendig und mit Schwierigkeiten verbunden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine möglichst einfache Vorrichtung anzugeben, mit der sich der Ätzvorgang ohne unerwünschte Beeinflussung des Ätzergebnisses möglichst präzise überwachen lässt.

Darüberhinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung des Ätzvorganges anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Nach der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung zum Ätzen von ganz oder teilweise abzutragenden Schichten oder Bereichen auf Halbleiterwafern mit einem flüssigen Ätzmittel neben der eigentlichen Ätzapparatur ein Spektrometer zur Messung der Ätzmittelkonzentration.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass zum möglichst präzisen Überwachen des Ätzvorganges die aktuelle Ätzrate beobachtet werden sollte. Ein geeigneter Parameter zur Bestimmung der Ätzrate ist dabei die Ätzmittelkonzentration. Der Ausdruck „Ätzmittelkonzentration" meint dabei die Konzentration der ätzenden Spezies, die nicht in jedem Fall mit der Ausgangssubstanz identisch ist; es kann sich dabei auch beispielsweise um das Ion der Ausgangssubstanz handeln.

Die Ätzmittelkonzentration kann durch eine spektroskopische Analyse besonders einfach, schnell und sogar „berührungslos" bestimmt und während des gesamten Ätzvorganges überwacht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass keine Elektroden oder Messfühler in die Nähe des Wafers gebracht werden müssen. Ein Abschatten von Teilen der Waferoberfläche gegen die Strömung des Ätzmittels, die zu ungleichmäßigen Ätzergebnissen führt, tritt daher nicht auf. Eine unerwünschte Beeinflussung des Ätzvorganges durch die Überwachungsvorrichtung kann somit sicher vermieden werden. Zudem kann die Vorrichtung bei einer Vielzahl nasschemischer, teilweise sehr aggressiver Ätzmittel zum Einsatz kommen.

Zur Bestimmung der Ätzmittelkonzentration können die Spektren des Ätzmittels herangezogen werden. Insbesondere eignen sich dafür die Infrarotspektren der eingesetzten Ätzmittel. Als Spektrometer ist daher vorteilhafterweise ein Infrarotspektrometer vorgesehen.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Ätzmittelkonzentration mit einem Messkopf gemessen, der im Randbereich eines mit dem Ätzmittel gefüllten Beckens platziert werden kann. Durch die Platzierung im Randbereich ist eine unerwünschte Beeinflussung des Ätzvorganges ausgeschlossen. Gleichzeitig kann jedoch sehr präzise die Ätzmittelkonzentration überwacht und Spektren im mittleren Infrarot beispielsweise im Wellenzahlbereich zwischen 800 und 4000 1/cm aufgenommen werden. In diesem Wellenzahlbereich lassen sich die Spektren einzelner ätzender Spezies besonders gut trennen und ohne großen Korrekturaufwand auswerten.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung zum Ätzen von Halbleiterwafern ein Rezirkulationsrohrsystem auf, durch das das Ätzmittel aus dem Ätzbad in einen Vorratsbehälter zurückgeführt und von dort wieder dem Ätzbad zugeführt wird. Dabei ist das Spektrometer zur Messung der Ätzmittelkonzentration im Bereich des Rezirkulationsrohrsystems angeordnet, so dass die Konzentration des Ätzmittels beispielsweise in der Nähe des Ausflusses des Ätzbades überwacht werden kann. Die gemessene Konzentration ist damit ein zuverlässiges Maß für die Ätzmittelkonzentration und somit in der Nähe des Halbleiterwafers.

Bei dieser Anordnung werden bevorzugt Spektren im nahen Infrarot, beispielsweise bei Wellenzahlen zwischen 7000 und 14000 1/cm gemessen. In diesem Bereich überlappen die Spektren verschiedener Ätzmittelkomponenten einander, so dass ein größerer Analyseaufwand zur Bestimmung der Ätzmittelkonzentration notwendig ist. Jedoch ist der Aufwand bei der Montage dieser Anordnung geringer.

Die Anordnung des Spektrometers im Bereich des Rezirkulationsrohrsystems hat auch weitere Vorteile. So kann das Spektrometer verhältnismäßig einfach in die Rohrleitung geschaltet werden, ohne dass Umbauten an der Ätzvorrichtung selbst notwendig wären. Zudem ist es bei dieser Ausführungsform der Erfindung im Gegensatz zum Einsatz von Elektroden oder Messfühlern möglich, sie auch mit Ätzvorrichtungen einzusetzen, bei denen kein Becken vorgesehen ist.

Anstelle eines Beckens mit einem Ätzbad sind nämlich auch verschiedene andere Ätzvorrichtungen wie beispielsweise Ätztrommeln, Sprühätzer oder Spinätzer denkbar. Auch diese Vorrichtungen weisen typischerweise ein Rezirkulationsrohrsystem auf, über das das Ätzmittel während des Ätzvorganges ständig in einen Vorratsbehälter zurückgeführt und von dort der Ätzvorrichtung wieder zugeführt wird. Die Anordnung des Spektrometers im Bereich des Rezirkulationsrohrsystems ist auch für diese alternativen Ausführungsformen geeignet.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ätzen von Schichten oder Bereichen von Halbleiterwafern, das folgende Schritte umfasst: Zunächst wird ein Halbleiterwafer mit einer zu ätzenden Schicht bereitgestellt, wobei der Begriff „Schicht" auch das Substrat selbst einschließt. Dabei kann die Schicht vollständig oder auch nur teilweise bis zu einer gewünschten Dicke abzutragen sein. Ferner kann die Schicht vor dem Ätzen mit einer Maske versehen worden sein, die den Schichtabtrag nur in bestimmten Bereichen auf dem Halbleiterwafer zulässt.

Außerdem wird eine Ätzvorrichtung mit einem flüssigen Ätzmittel bereitgestellt und der Halbleiterwafer mit dem Ätzmittel in Kontakt gebracht. Die Ätzmittelkonzentration während des Ätzvorganges wird durch eine spektroskopische Analyse bestimmt und daraus die Ätzrate berechnet. Der Ätzvorgang wird beendet, wenn der gewünschte Schichtabtrag erreicht ist.

Dieses Verfahren weist gegenüber herkömmlichen Überwachungen des Ätzvorganges zahlreiche Vorteile auf. So muss beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Ätzmittelkonzentration nicht in die Ätzvorrichtung eingegriffen werden; das Verfahren arbeitet somit „berührungslos". Weil es kein Eintauchen von Messfühlern oder Elektroden in das Ätzmittel erfordert, ist es für eine Vielzahl nasschemischer, teilweise sehr aggressiver Ätzmittel einsetzbar.

Es vermeidet auch weitere Schwierigkeiten, die bei der Überwachung des Ätzvorganges mit Messfühlern oder Elektroden auftreten. Ein ungleichmäßiges Ätzergebnis beispielsweise, wie es durch das Abschatten von Bereichen des Halbleiterwafers durch Messfühler auftreten kann, wird sicher vermieden. Auch ist eine Beschädigung des Wafers beim Beladen des Beckens durch nahe an der Waferoberfläche platzierte Elektroden ausgeschlossen.

Weil das erfindungsgemäße Verfahren über die Messung der Ätzmittelkonzentration die Ätzrate selbst – und zwar mit vergleichsweise hoher Zeitauflösung – bestimmt, ist eine besonders empfindliche Steuerung des Ätzvorganges möglich. Insbesondere muss der Abtrag einer Schicht nicht vollständig erfolgen, sondern kann auch nur teilweise bis zu einer gewünschten Dicke durchgeführt werden.

Die spektroskopische Messung der Ätzmittelkonzentration wird vorteilhafterweise in situ am in der Ätzapparatur befindlichen Ätzmittel vorgenommen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Ätzmittelkonzentration in einem Rezirkulationsrohr gemessen, das das Ätzmittel von der Ätzvorrichtung in einen Vorratsbehälter zurück und von dort aus der Ätzvorrichtung wieder zuführt. Eine spektroskopische Messung der Ätzmittelkonzentration im Rezirkulationsrohr, beispielsweise unmittelbar am Austritt aus der Ätzvorrichtung, liefert sehr genau die Ätzmittelkonzentration in der Nähe des Halbleiterwafers.

Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Ätzmittelkonzentration nicht in situ, also nicht innerhalb der Ätzvorrichtung, zu messen. Wenn beispielsweise keine hohe Zeitauflösung der Messung erforderlich ist, sondern lediglich wenige Stichproben genommen werden sollen, oder wenn während eines verhältnismäßig großen Zeitraumes nur wenige Halbleiterwafer prozessiert werden, kann die Ätzmittelkonzentration mit geringem apparativem Aufwand an einer an der Ätzvorrichtung genommenen Probe gemessen werden.

Die spektroskopische Messung wird vorteilhafterweise im Infrarotbereich durchgeführt, beispielsweise im nahen Infrarot bei Wellenzahlen zwischen 7000–14000 1/cm oder im mittleren Infrarot bei Wellenzahlen zwischen 800 und 4000 1/cm.

Die spektroskopische Messung erlaubt eine hohe Zeitauflösung. Sie kann daher kontinuierlich während des Ätzvorganges erfolgen und erlaubt somit eine empfindliche Steuerung des Ätzvorganges. Je nach Anzahl der in einem Zeitraum prozessierten Halbleiterwafer und damit je nach Verbrauchsrate des Ätzmittels kann jedoch auch eine diskontinuierliche Messung der Ätzmittelkonzentration vorteilhaft sein. Die Berechnung der Ätzrate aus der gemessenen Ätzmittelkonzentration kann ebenfalls je nach den vorliegenden Anforderungen an die Empfindlichkeit der Steuerung des Ätzvorganges kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.

Der Ätzvorgang kann mit verschiedenen Ätzverfahren durchgeführt werden. Das Ätzmittel und der Halbleiterwafer können beispielsweise in einem mit dem Ätzmittel gefüllten Ätzbad miteinander in Kontakt gebracht werden. Das Ätzmittel kann aber auch in einer Ätztrommel, durch einen Sprüh- oder Spinätzer aufgetragen werden.

Bei diesen Ätzverfahren wird das Ätzmittel nämlich stets einem Vorratsbehälter entnommen, der Ätzvorrichtung zugeführt und anschließend über das Rezirkulationsrohrsystem in den Vorratsbehälter zurückgeführt. Bei einer Messung der Ätzmittelkonzentration beispielsweise im Rezirkulationsrohr, vor Eintritt des rezirkulierten Ätzmittels in den Vorratsbehälter, oder bei der spektroskopischen Messung außerhalb der Ätzapparatur an einer zuvor genommenen Probe ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf den Einsatz in Ätzverfahren beschränkt, bei denen der Ätzvorgang in einem Becken durchgeführt wird. Das Verfahren ist somit für verschiedene Anwendungserfordernisse besonders flexibel einsetzbar.

Als Ätzmittel können verschiedene anorganische oder organische Ätzlösungen zum Einsatz kommen, insbesondere oxidierende Säuren wie Flusssäure, Salpetersäure, Schwefelsäure und Phosphorsäure oder auch Ammoniumfluorid oder Mischungen aus diesen Stoffen. Beispielsweise kann das Ätzmittel eine Mischung aus Flusssäure, Ammoniumfluorid und Wasser und/oder einem Netzmittel oder auch, beispielsweise für die Substratätzung, Salpetersäure enthalten.

Die abzutragenden Schichten des Halbleiterwafers können beispielsweise amorphes oder kristallines Silizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid oder Polyimid aufweisen. Sie können aber auch aus Verbindungshalbleitern bestehen. Auch metallische Schichten wie Aluminium, Wolfram, Kupfer, Tantal, Titan, Platin und Gold beziehungsweise deren Oxide und/oder Nitride sind denkbar.

Die unterschiedlichen zu ätzenden Materialien erfordern oft komplexe, nasschemische Ätzlösungen. Ferner kann es erwünscht sein, diese Schichten ganz oder auch nur teilweise, beispielsweise beim Ätzen von Gräben oder bei der Waferdünnung, abzutragen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren erfüllen durch die berührungslose in-situ-Messung der Ätzmittelkonzentration diese unterschiedlichen Anforderungen und erlauben somit bei unterschiedlichsten Prozessbedingungen eine empfindliche Überwachung des Ätzvorganges und damit die Erzielung eines optimalen Ätzergebnisses.

Daraus ergibt sich ein weiterer attraktiver Einsatzbereich für Spektrometer.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Ätzen von Halbleiterwafern nach dem Stand der Technik;

2 zeigt schematisch einen Vorrichtung zum Ätzen von Halbleiterwafern gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

3 zeigt schematisch einen Vorrichtung zum Ätzen von Halbleiterwafern gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur Überwachung des Ätzvorganges bei Halbleiterwafern mit einem flüssigen Ätzmittel nach dem Stand der Technik. Die Vorrichtung 1 umfasst ein mit einem Ätzmittel gefülltes Becken 3, in das eine Haltevorrichtung 4 für einen Halbleiterwafer 5 getaucht werden kann.

Ferner umfasst die Vorrichtung 1 einen elektrischen Stromkreis 6 mit einer Wechselstromquelle 7, sowie mindestens zwei Elektroden 8, die in das mit dem Ätzmittel 2 gefüllte Becken 3 eingetaucht werden können. Dabei befinden sich die Elektroden 8 in der Nähe des Halbleiterwafers 5.

Der Stromkreis 6 umfasst weiter einen Kondensator 9 mit variabler Kapazität, der mit den Elektroden 8 parallel geschaltet ist. Während des Ätzvorganges werden elektrische Kenngrößen, insbesondere die Impedanz, als Funktion der Zeit zwischen den beiden Elektroden 8 gemessen. Der Durchbruch auf eine tiefer gelegene Schicht des Halbleiterwafers 5 zeigt sich in einer Änderung dieser gemessenen elektrischen Kenngrößen und kann auf diese Weise detektiert werden.

Da bei dieser Vorrichtung 1 nach dem Stand der Technik die Elektroden 8 in das mit dem Ätzmittel 2 gefüllte Becken 3 getaucht werden und in der Nähe des Halbleiterwafers 5 positioniert werden müssen, können Teile der Oberfläche des Halbleiterwafers 5 gegen die Strömung des Ätzmittels 2 abgeschirmt werden, wodurch der Ätzvorgang auf unerwünschte Weise beeinflusst wird.

2 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zum Ätzen eines Halbleiterwafers 5 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 1 umfasst dabei einen mit einem Ätzmittel 2 gefüllten Behälter 3, in den ein oder mehrere beispielsweise in einer Haltevorrichtung 4 fixierte Halbleiterwafer 5 getaucht werden können. Des Weiteren umfasst sie einen Messkopf mit einem Spektrometer 13, das beispielsweise im Randbereich des Beckens 3 in das Ätzmittel 2 getaucht wird.

Dabei kann es sich beispielsweise um ein Infrarot-Spektrometer handeln.

Während des Ätzvorganges wird spektrometrisch die Ätzmittelkonzentration im Becken 3 bestimmt und daraus die Ätzrate berechnet. Die Anordnung des Spektrometers 13 im Randbereich des Beckens 3 und damit in ausreichendem Abstand zu dem oder den Halbleiterwafern stellt sicher, dass der Ätzvorgang nicht gestört oder Halbleiterwafer beschädigt werden. Die Platzierung eines mit einem Spektrometer 13 ausgerüsteten Messkopfes im Becken 3 erlaubt jedoch eine Messung im Bereich des mittleren Infrarots, die wegen der guten Trennung der gemessenen Peaks in diesem Bereich sehr präzise und ohne erheblichen analytischen Aufwand durchgeführt werden kann.

Eine Vorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist in 3 dargestellt. Sie umfasst ein Rezirkulationsschlauch- oder Rezirkulationsrohrsystem 10, das das Becken 3 mit einem Ätzmittelbehälter 11 verbindet.

Durch das Rezirkulationsrohrsystem 10 wird während des Ätzvorganges ständig Ätzmittel 2 aus dem Becken 3 in den Ätzmittelbehälter 11 und von dort wieder zurückgeführt. Ein Spektrometer 13 zur Messung der Ätzmittelkonzentration ist zwischen das Becken 3 und den Ätzmittelbehälter 11 geschaltet. Dabei kann das Spektrometer entweder direkt in die Leitung eingebaut oder auf die Leitung gesetzt werden. Im letzteren Fall wird die Messung z.B. durch die Wand des Rezirkulationsrohres oder -schlauches durchgeführt, was den Montageaufwand erheblich reduziert und den flexiblen Umbau der Apparatur ermöglicht. Auf diese Weise kann während des gesamten Ätzvorganges ständig die Ätzmittelkonzentration im Rezirkulationsrohrsystem 10 und damit auch im Becken 3 gemessen und daraus die aktuelle Ätzrate berechnet werden.

Da das Spektrometer 13 die Ätzmittelkonzentration im Rezirkulationsrohrsystem 10 misst, muss der Ätzvorgang nicht wie in 3 gezeigt in einem mit einem Ätzmittel 2 gefüllten Becken 3 stattfinden. Vielmehr ist auch eine spektrometrische Überwachung der Ätzmittelkonzentration beim Einsatz von Trommelätzern, Sprühätzern oder Spinnätzern denkbar. In allen diesen Fällen wird das Ätzmittel 2 ständig über ein Rezirkulationsrohrsystem 10 einem Ätzmittelbehälter 11 zugeführt.

Als Ätzmittel 2 ist beispielsweise eine Mischung aus Flusssäure, Ammoniumfluorid und Wasser vorgesehen. Je nach Anwendungsbereich kommen aber auch weitere Ätzmittel, beispielsweise Salpetersäure, Schwefelsäure und/oder Phosphorsäure in Betracht.

Die in 3 dargestellte Vorrichtung 1 erlaubt eine besonders einfache Überwachung der Ätzmittelkonzentration und damit der Ätzrate, die zudem noch eine hohe Zeitauflösung aufweisen kann. An der Ätzvorrichtung selbst sind keine technisch aufwendigen Einbauten nötig.

Das Spektrometer 13 kann verhältnismäßig einfach in das Rezirkulationsrohrsystem 10 eingefügt und bei einem eventuellen Umbau der Ätzvorrichtung auch wieder anders positioniert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit besonders flexibel einsetzbar und erlaubt auf einfache, berührungslose Weise eine Messung der Ätzmittelkonzentration mit hoher Zeitauflösung.

1
Vorrichtung
2
Ätzmittel
3
Becken
4
Haltevorrichtung
5
Halbleiterwafer
6
Stromkreis
7
Wechselspannungsquelle
8
Elektroden
9
Kondensator
10
Rezirkulationsrohrsystem
11
Ätzmittelbehälter
12
Rohr
13
Spektrometer


Anspruch[de]
Vorrichtung mit einer Ätzapparatur zum Ätzen von ganz oder teilweise abzutragenden Schichten oder Bereichen von Halbleiterwafern (5) mit einem flüssigen Ätzmittel (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Spektrometer (13) zur Messung der Ätzmittelkonzentration umfasst. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Spektrometer (13) ein Infrarot-Spektrometer vorgesehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Rezirkulationsrohrsystem (10) aufweist, mit dem das Ätzmittel (2) den zu ätzenden Halbleiterwafern (5) ständig zuführbar und/oder von den Halbleiterwafern abführbar ist, wobei das Spektrometer (13) zur Messung der Ätzmittelkonzentration im Bereich des Rezirkulationsrohrsystems (10) angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzapparatur ein Becken (3) mit einem Ätzbad oder einen Trommelätzer oder einen Sprühätzer oder einen Spinätzer aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem als Ätzapparatur vorgesehenen Becken 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spektrometer 13 in einem Messkopf in einem Randbereich des Beckens 3 angeordnet ist. Verfahren zum Ätzen von ganz oder teilweise abzutragenden Schichten oder Bereichen von Halbleiterwafern (5) mit folgenden Schritten:

– Bereitstellen eines oder mehrerer Halbleiterwafer (5) mit einer abzutragenden Schicht;

– Bereitstellen einer Ätzapparatur mit einem flüssigen Ätzmittel (2);

– in Kontakt bringen des oder der Halbleiterwafer (5) mit dem Ätzmittel (2);

– spektroskopische Messung der Ätzmittelkonzentration;

– Berechnung der Ätzrate anhand der Ätzmittelkonzentration und

– Ätzen der Schicht, bis ein gewünschter Schichtabtrag erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die spektroskopische Messung der Ätzmittelkonzentration in situ am in der Ätzapparatur befindlichen Ätzmittel (2) durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmittel (2) durch ein Rezirkulationsrohrsystem (10) den Halbleiterwafern (5) ständig zugeführt und/oder von den Halbleiterwafern abgeführt und die Ätzmittelkonzentration in einem Rezirkulationsrohr gemessen wird. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die spektroskopische Messung außerhalb der Ätzapparatur an einer an der Ätzapparatur genommenen Probe des Ätzmittels (2) durchgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die spektroskopische Messung bei Wellenlängen im Infrarotbereich durchgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die spektroskopische Messung in einem Wellenzahlbereich zwischen 7000 und 14000 1/cm durchgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die spektroskopische Messung in einem Wellenzahlbereich zwischen 800 und 4000 1/cm durchgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die spektroskopische Messung der Ätzmittelkonzentration kontinuierlich während des Ätzvorganges erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die spektroskopische Messung der Ätzmittelkonzentration diskontinuierlich für ausgewählte Zeitpunkte während des Ätzvorganges erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Ätzrate kontinuierlich während des Ätzvorganges erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Ätzrate diskontinuierlich für ausgewählte Zeitpunkte während des Ätzvorganges erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zu ätzende Schicht und das Ätzmittel (2) in einem mit einem Ätzbad gefüllten Becken (3) oder in einem Trommelätzer oder in einem Sprühätzer oder in einem Spinätzer miteinander in Kontakt gebracht werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Ätzmittel eine oxidierende Säure verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Ätzmittel Ammoniumfluorid verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Ätzmittel Flusssäure verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Ätzmittel Salpetersäure verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Ätzmittel Schwefelsäure verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Ätzmittel Phosphorsäure verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmittel Wasser und/oder eine oder mehrere der Stoffe gemäß der Ansprüche 18 bis 23 enthält. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmittel ein Netzmittel enthält. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die abzutragende Schicht aus einem der Stoffe Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Polyimid oder aus amorphem oder kristallinem Silizium besteht. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die abzutragende Schicht aus einem Verbindungshalbleiter besteht. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die abzutragende Schicht Gold, Platin, Aluminium, Wolfram oder Kupfer enthält. Verwendung eines Spektrometers (13) in einer Vorrichtung zum Ätzen von Halbleiterwafern (5) zur Überwachung der Ätzmittelkonzentration beim Ätzen von Halbleiterwafern (5).






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