W. Gritzner:
"Aufbau und Inbetriebnahme eines Arcing-Detektionssystems";
Supervisor: G. Stangl, H. Hauser; Institut für Industrielle Elektronik und Materialwisenschaften, 2001.
Monitoring and control of equipment and process stability in the fabrication of integrated circuits is one of the main issues in current and future production lines and especially important for plasma processes. Sophisticated external plasma sensors can contribute to prevent misprocessing and wafer scrap. In addition, monitoring chamber conditions (such as damage of parts of the reactor or growth of a polymer coating) can trigger preventive maintenance.Integral part of this work is a tool for real time control of plasma processes - in particular for arcing detection - using an in-house developed antenna that measures the electromagnetic stray field of the plasma with microsecond resolution.
The antenna can be placed at any position of the etch-chamber with weak RF-shielding, e.g. the quartz endpoint window or the water cooling system, making chamber modifications unnecessary. Further features of the system are user friendliness, low-cost hardware and easy-to-use software. The latter needs special attention, since the time resolution results in a high amount of data, making intelligent data reduction techniques mandatory. DSP (Digital Signal Processor) controlled reduction algorithms reduce data rates to about 4 kbytes per plasma minute.
This work shows the results of implementing the sensor on Applied Materials Inc. MxP/MxP+ etch-chambers for oxide and poly-silicon etch processes. Correlations of arcing events with both product and equipment data are given.
In der Halbleiterfertigung zählen die Kontrolle und die Überwachung der Prozessqualität zu den Schlüsselfaktoren heutiger und zukünftiger Produktionsstätten. Dies gilt in verstärktem Maß für plasmagestützte Prozesse. Störungen im Plasma können die produktive Nutzungszeit der Anlagen mindern und zu Waferausschuß führen. Plasma-Diagnostik mit Hilfe zusätzlicher, hoch entwickelter, interner oder externer Sensoren kann dazu beitragen, Fehlprozessierungen zu vermeiden und die Ausbeute zu steigern.Zu den oben angesprochenen Störungen im Plasma zählen auch die sogenannten Arcing Erscheinungen. Hierbei handelt es sich um Lichtbogenentladungen, die in Trockenätzanlagen oder Sputteranlagen auftreten können.
Das Messprinzip des in dieser Diplomarbeit behandelten Arcing-Detektionssystems beruht auf der Messung des Plasma-HF-Streufeldes mit einer Abtastrate von einem Megahertz.
Die Erfassung des Plasma-Streufeldes erfolgt mit Hilfe eines induktiven Messkopfes, der an jeder beliebigen Stelle der Ätzkammer, die reduzierte HF-Schirmung aufweist, angebracht werden kann. Solche Stellen sind zum Beispiel das Quarz-Endpunkt-Fenster oder das Kühlsystem, wodurch Kammermodifikationen oder Öffnungen vermieden werden können.
Um Langzeitüberwachungen bei vernünftiger Datenmenge gewährleisten zu können, werden die Rohdaten mit Hilfe intelligenter DSP-Algorithmen reduziert und können mit einer integrierten Auswertesoftware dargestellt und analysiert werden.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit kam das Arcing-Detektionssystem an Ätzkammern des Typs MxP und MxP+ der Firma Applied Materials Inc. zur Anwendung. Die Ergebnisse der Messungen an Oxid- und Poly-Silizium Ätzprozessen, sowie Korrelationen der Messungen mit auftretenden Arcing Vorgängen werden aufgezeigt.