JP2006317442A - Method for quantification of hydrophilicity of porous material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-destructive method for quantifying the hydrophilicity of porous material such as low dielectric constant (low-k) material having vacancies, and to provide a method for determining the depth of damage of the porous material. <P>SOLUTION: A typical method includes a step of performing first polarimetry about the porous material using first adsorbate having a first wetting angle. This typical method further includes a step of performing second polarimetry about the porous material using second adsorbate having a second wetting angle, and the first and second wetting angles to the porous material are different from each other. The hydrophilicity of the porous material is determined at least partly based on the first and second adsorbates. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本件出願は、2005年5月12日付の米国特許仮出願第60/680,665号について、米国特許法第119条(e)項に規定の利益を主張する。さらに、本件出願は、2005年7月15日付の欧州特許出願第05015412.9号にもとづく優先権を主張する。米国特許仮出願第60/680,665号および欧州特許出願第05015412.9号の開示の全体は、ここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする。   This application claims the benefit set forth in Section 119 (e) of the US Patent Act for US Provisional Patent Application No. 60 / 680,665, dated May 12, 2005. Furthermore, this application claims priority based on European Patent Application No. 05015412.9 dated 15 July 2005. The entire disclosures of US Provisional Patent Application No. 60 / 680,665 and European Patent Application No. 05015412.9 are hereby incorporated by reference herein.

本発明は、例えば空孔を有する低誘電率(low‐k)材料など、多孔性材料の親水性の定量化のための方法に関する。典型的な方法は、そのような多孔性材料についてパターン形成後のダメージの深さを割り出すためにも使用することができる。   The present invention relates to a method for quantifying the hydrophilicity of a porous material, such as a low dielectric constant (low-k) material having pores. Typical methods can also be used to determine the depth of damage after patterning for such porous materials.

半導体の処理において、例えば低誘電率材料などの多孔性材料を取り入れる際の重大な問題の1つが、例えばプラズマ・エッチングおよび/またはレジスト剥離の際のそれら材料の誘電特性の劣化である。そのような処理において使用されるプラズマは、典型的には、酸素含有の種を含んでいる。多孔性材料の誘電特性の低下の主たる原因は、それら酸素含有プラズマの使用によって炭素含有疎水基が除去されることにある。   In semiconductor processing, one of the major problems in incorporating porous materials, such as low dielectric constant materials, is the degradation of the dielectric properties of those materials, for example during plasma etching and / or resist stripping. The plasma used in such processes typically contains oxygen-containing species. The main cause of the deterioration of the dielectric properties of the porous material is that the carbon-containing hydrophobic groups are removed by using these oxygen-containing plasmas.

炭素の空乏は、例えばSi‐CH結合が破壊されて炭素がケイ素のダングリングボンドで置換される場合に生じる。この炭素の空乏が、種々の中間反応を経てシラノール(Si‐OH)の形成につながる。これが、多孔性材料のダメージ部位における比誘電率(k‐value)の増加につながり、本来は疎水性である低誘電率材料を親水性材料に変換する。その後に、例えば水などの湿気や高い分極率を有する他の極性分子が、水素結合によって仲介されて吸収されることにより、これらの材料の実際の比誘電率が、例えば「比誘電率>>80」へと大きく増加する可能性がある。プラズマによるダメージの程度および深さは、多孔性材料の空孔のサイズおよび空孔の連続性に依存して決まり、したがって、比較的大きなサイズの空孔を有している、例えば比誘電率が2.6を下回るような超低誘電率材料は、比誘電率が2.6を上回るような微細孔の材料にくらべ、はるかにプラズマによるダメージに悩まされることになる。エッチング処理された材料の側壁における絶縁材料のダメージ部位の程度も、多孔性材料の多孔度が増すにつれて大きくなると予想され、そのようなダメージが全体的な電気的性能に及ぼす影響が、配線間の間隔が縮小されるにつれてますます重要になる。すなわち、側壁における絶縁体のダメージが、先進の配線の性能に大きく影響しており、そのようなダメージの程度を評価するための信頼できる分析方法が望まれている。 Carbon depletion occurs, for example, when Si—CH 3 bonds are broken and carbon is replaced by silicon dangling bonds. This carbon depletion leads to the formation of silanol (Si—OH) through various intermediate reactions. This leads to an increase in the relative dielectric constant (k-value) at the damaged portion of the porous material, and converts the inherently hydrophobic low dielectric constant material into a hydrophilic material. Thereafter, moisture such as water and other polar molecules having a high polarizability are absorbed and mediated by hydrogen bonds, so that the actual relative permittivity of these materials is, for example, “relative permittivity >> There is a possibility of a large increase to 80 ”. The degree and depth of damage by the plasma depends on the pore size and continuity of the pores in the porous material, and thus has relatively large sized pores, for example a relative dielectric constant of Ultra low dielectric constant materials below 2.6 will suffer much more plasma damage than microporous materials with relative dielectric constants above 2.6. The degree of damage to the insulating material on the sidewalls of the etched material is also expected to increase as the porosity of the porous material increases, and the effect of such damage on the overall electrical performance is It becomes increasingly important as the interval is reduced. That is, the insulator damage on the side wall greatly affects the performance of the advanced wiring, and a reliable analysis method for evaluating the degree of such damage is desired.

一般に、炭素の空乏の深さおよび特徴は、例えば飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF‐SIMS)、X線光電子分光法(XPS)、エネルギーフィルタ型透過型電子顕微鏡法(EFTEM)などの複雑な分析技法を使用して評価されており、あるいはいわゆるHF浸漬テストを使用して評価されている。TOF‐SIMSは、SIMSの一種であり、きわめて低電流の入射イオンビームが使用され、固体の最も外側の表面の化学的組成に関する情報を得ることができる。EFTEMは、形態の断面を通じてC、OおよびSiなどの元素の原子濃度のばらつきを検出する技法である。   In general, the depth and characteristics of carbon depletion can be determined, for example, by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy filter transmission electron microscopy (EFTEM), etc. It has been evaluated using complex analytical techniques or has been evaluated using the so-called HF immersion test. TOF-SIMS is a type of SIMS that uses a very low current incident ion beam to obtain information about the chemical composition of the outermost surface of a solid. EFTEM is a technique that detects variations in atomic concentrations of elements such as C, O, and Si through cross-sections of morphology.

TOF‐SIMSを使用し、炭素の濃度のみが、それらが多孔性材料の構造中にどのように結合して取り入れられているかにかかわりなく、フィルムの誘電率を決定する疎水性に影響していると仮定される。低誘電率に対するダメージの深さを割り出すためのTOF‐SIMSデータは、低誘電率多孔性材料の表面領域の炭素濃度に関係しており、これらのデータが、低誘電率材料の塊の炭素濃度と比較される。したがって、エッチングおよび剥離処理の後の表面領域における炭素の空乏が、低誘電率に対するダメージの指標である。しかしながら、例えばフィルムなどこのような低誘電率材料についてHF浸漬テストを行なったとき、炭素の空乏とプラズマによるダメージとの間に明白な相関が存在しない。   Using TOF-SIMS, only the concentration of carbon affects the hydrophobicity that determines the dielectric constant of the film, regardless of how they are incorporated and incorporated into the structure of the porous material. Is assumed. The TOF-SIMS data used to determine the depth of damage for low dielectric constants is related to the carbon concentration in the surface region of the low dielectric constant porous material. Compared with Thus, depletion of carbon in the surface region after etching and stripping is an indicator of damage to low dielectric constant. However, when performing HF immersion tests on such low dielectric constant materials such as films, there is no obvious correlation between carbon depletion and plasma damage.

HF浸漬テストは、ダメージを受けた低誘電率絶縁材料が、ダメージを受けていない材料よりも高いエッチング速度を示すという事実にもとづいている。通常は、このテストが、多孔性材料の親水性をより直接的に反映しているが、HFとSiOとの反応における自己触媒的機構が、エッチングの速度および計算によって得られるダメージの深さがHFの濃度に依存するがため、このテストを信頼できないものにしている。 The HF immersion test is based on the fact that damaged low dielectric constant insulating materials exhibit higher etch rates than undamaged materials. Usually, this test more directly reflects the hydrophilicity of the porous material, but the autocatalytic mechanism in the reaction of HF and SiO 2 is dependent on the rate of etching and the depth of damage obtained by calculation. Depends on the concentration of HF, making this test unreliable.

炭素の空乏が、常にはプラズマによるダメージに直接相関しない可能性がある。例えば、高度な重合化学が使用される(例えば、CxFyHzプラズマ)とき、炭素の空乏がCFxポリマーの堆積によって補われ、結果として低誘電率多孔性材料の表面の炭素濃度が同じままであり、あるいは増加する。従来どおりのTOF‐SIMS結果の解釈によれば、この表面はもっとも疎水的である(「ダメージ」なし)とされる。しかしながら、このサンプルについてHF浸漬テストを行なうと、おおむね自然のままのダメージを受けていない低誘電率基準材料に比べて、大きなエッチング速度を示す。すなわち、エッチング処理において形成されて多孔性材料の空孔を満たすフッ化炭素ポリマーでは、元の疎水化因子と同じ疎水性をもたらすことができない。これらの事実が、プラズマによるダメージに関係する内部の親水化の程度について、より直接的な分析をもたらす特別な測定手順の開発の重要性を示している。   Carbon depletion may not always correlate directly with plasma damage. For example, when advanced polymerization chemistry is used (eg, CxFyHz plasma), carbon depletion is compensated by CFx polymer deposition, resulting in the same carbon concentration on the surface of the low dielectric constant porous material, or To increase. According to conventional interpretation of TOF-SIMS results, this surface is considered to be the most hydrophobic (no “damage”). However, when the HF immersion test is performed on this sample, the etching rate is higher than that of a low dielectric constant reference material that is generally not naturally damaged. That is, a fluorocarbon polymer formed in the etching process and filling the pores of the porous material cannot provide the same hydrophobicity as the original hydrophobizing factor. These facts indicate the importance of developing special measurement procedures that provide a more direct analysis of the degree of internal hydrophilization associated with plasma damage.

さらに、上述した既存の方法および従来技術において利用可能な他の方法はすべて、破壊的であり、かつ/または比較的複雑であり、多孔性材料の絶縁性に最大の影響を有している疎水性の喪失について、直接相関する情報をもたらすことができない。すなわち、低誘電率へのダメージを割り出すための既存の方法は、深刻な欠点および欠陥を抱えている。そこで、ダメージの深さおよび低誘電率材料の正確な疎水性を割り出すことができる方法が望まれている。さらに、様々な低誘電率材料、特に将来の技術において使用されるであろう超低誘電率材料の開発および選別において使用するための簡単な非破壊の方法へのニーズが存在している。   In addition, the existing methods described above and all other methods available in the prior art are all destructive and / or relatively complex and have the greatest impact on the insulating properties of the porous material. It cannot provide directly correlated information about sexual loss. That is, existing methods for determining damage to low dielectric constants have serious drawbacks and deficiencies. Therefore, a method that can determine the depth of damage and the exact hydrophobicity of a low dielectric constant material is desired. Furthermore, there is a need for simple non-destructive methods for use in the development and screening of various low dielectric constant materials, particularly ultra low dielectric constant materials that will be used in future technologies.

上述した背景技術の例およびそれらに関する限界は、例示を目的とするものであって、これらがすべてではない。背景技術の他の限界は、本明細書を読み図面を検討することによって、当業者にとって明らかになるであろう。   The examples of background art described above and the limitations associated therewith are intended to be illustrative and not exhaustive. Other limitations of the background art will become apparent to those skilled in the art upon reading this specification and studying the drawings.

以下の実施の形態およびその態様は、例として挙げられ、例証を意味しており、範囲を限定することを意図してはいないシステム、ツール、および方法に関して、説明および例証される。種々の実施の形態において、上述の課題のうちの1つ以上が軽減または除去される一方で、他の実施の形態は、他の改善に向けられている。   The following embodiments and aspects thereof are described and illustrated with respect to systems, tools, and methods that are given by way of example, are meant to be illustrative, and are not intended to limit the scope. In various embodiments, one or more of the problems described above are reduced or eliminated, while other embodiments are directed to other improvements.

多孔性材料の親水性を定量化するための非破壊の方法の例が、開示される。例えば、典型的な方法が、多孔性材料の親水性/疎水性を定量化するために開示され、これら親水性/疎水性が、多孔性材料のダメージの程度の指標となりうる。材料は、多孔低誘電率材料であってよく、あるいは超低誘電率材料であってよい。この典型的な方法は、多孔性材料の空孔における吸着/脱離特性を利用する。さらに、この方法は、多孔性材料の空孔の内表面に対する接触角(濡れ角とも称される)が相違する第1および第2の吸着質を利用する。この典型的な方法においては、第1の吸着質が、実質的にゼロに等しい接触角または濡れ角を有している吸着質であり、第2の吸着質が、多孔性材料に関して実質的にゼロでない接触角または濡れ角を有し、極性を有している吸着質である。第1の吸着質(有機分子を含んでいる低誘電率材料または多孔膜に対して実質的にゼロの接触角を有している)の例は、窒素、トルエン、メタノール、およびベンゼンであり、これらの吸着質は、多孔性材料、例えば低誘電率材料との良好な濡れ性を示す。第2の吸着質(有機分子を含んでいる低誘電率材料または多孔膜に対して実質的にゼロでない接触角を有している)の例は、水、チオニル(SOCl)、または有機分子を含んでいる低誘電率材料または多孔膜に対してゼロでない接触角を有している他の任意の適切な無機溶媒である。 An example of a non-destructive method for quantifying the hydrophilicity of a porous material is disclosed. For example, typical methods are disclosed for quantifying the hydrophilicity / hydrophobicity of a porous material, and these hydrophilicity / hydrophobicity can be indicative of the degree of damage to the porous material. The material may be a porous low dielectric constant material or may be an ultra low dielectric constant material. This typical method takes advantage of the adsorption / desorption characteristics in the pores of the porous material. Further, this method utilizes first and second adsorbates having different contact angles (also referred to as wetting angles) with respect to the inner surface of the pores of the porous material. In this exemplary method, the first adsorbate is an adsorbate having a contact angle or wetting angle substantially equal to zero and the second adsorbate is substantially with respect to the porous material. An adsorbate having a non-zero contact angle or wetting angle and polarity. Examples of first adsorbates (which have a substantially zero contact angle with low dielectric constant materials or porous films containing organic molecules) are nitrogen, toluene, methanol, and benzene; These adsorbates exhibit good wettability with porous materials such as low dielectric constant materials. Examples of second adsorbates (which have a substantially non-zero contact angle for low dielectric constant materials or porous films containing organic molecules) are water, thionyl (SOCl 2 ), or organic molecules Or any other suitable inorganic solvent having a non-zero contact angle for porous films.

典型的な方法は、多孔性材料の親水性の定量化を提供し、少なくとも第1および第2の偏光測定を含んでおり、第1の偏光測定が、第1の吸着質を使用して実行されるとともに、第2の偏光測定が、第2の吸着質を使用して実行され、第1および第2の吸着質が、多孔性材料に対して異なる濡れ角を有している。   An exemplary method provides for the quantification of the hydrophilicity of the porous material and includes at least a first and second polarimetry, wherein the first polarimetry is performed using the first adsorbate. And a second polarimetry is performed using the second adsorbate, wherein the first and second adsorbates have different wetting angles with respect to the porous material.

他の典型的な方法においては、例えば低誘電率材料である多孔性材料のダメージの程度を割り出すための方法が提供され、さらに具体的には、多孔性材料における内部表面エネルギー(有効接触角)ならびにダメージの程度および深さを割り出すための方法が提供される。ここで、ダメージは、例えば低誘電率材料である多孔性材料の疎水性の喪失として定義され、プラズマ・エッチングおよび/または剥離処理に関係している。さらに具体的には、少なくとも3つの偏光測定を含んでいる方法が開示される。この典型的な方法においては、偏光測定が、偏光吸着測定(ellipsometric adsorption measurement)である。上述の第1の典型的な方法と同様、この方法においても第1および第2の吸着質が使用され、それぞれの吸着質が、多孔性材料の空孔の内表面に対して異なる濡れ角を有している。例えば、第1の吸着質が、多孔性材料に対して実質的にゼロに等しい接触角または濡れ角を有している吸着質であり、第2の吸着質が、多孔性材料に対して実質的にゼロでない接触(濡れ)角を有し、極性を有している吸着質である。   In another exemplary method, a method is provided for determining the degree of damage of a porous material, eg, a low dielectric constant material, and more specifically, the internal surface energy (effective contact angle) in the porous material. And a method for determining the extent and depth of damage is provided. Here, damage is defined as the loss of hydrophobicity of a porous material, for example a low dielectric constant material, and is related to plasma etching and / or stripping processes. More specifically, a method is disclosed that includes at least three polarization measurements. In this exemplary method, the polarimetry is an ellipsometric adsorption measurement. Similar to the first exemplary method described above, the first and second adsorbates are used in this method, and each adsorbate has a different wetting angle with respect to the inner surface of the pores of the porous material. Have. For example, the first adsorbate is an adsorbate having a contact angle or wetting angle substantially equal to zero with respect to the porous material, and the second adsorbate is substantially different with respect to the porous material. It is an adsorbate having a non-zero contact (wetting) angle and polarity.

上述の第1の例の各ステップに加えて、この第2の例の方法は、ダメージ処理前の多孔性材料について、多孔性材料に対して第2の濡れ角を有している第2の吸着質を使用して第3の偏光測定を行なうことをさらに含んでいる。本明細書の開示の目的において、ダメージ処理とは、多孔性材料にダメージをもたらす処理ステップ(例えば、プラズマ・エッチング・ステップ)を意味する。第3の偏光測定が、例えばダメージ処理前の多孔性材料や基準低誘電率フィルムなど、ほとんど親水性を有さない基準となる多孔性材料について実行される。自然のままの絶縁材料が、基準材料として使用されることが多い。さらに、この方法における第3の偏光測定は、例えば基準低誘電率フィルムなどの基準材料の空孔内の固有の親水性を得ることができるよう、極性分子を有する第2の吸着質を使用する。   In addition to the steps of the first example described above, the method of the second example includes a second material having a second wetting angle with respect to the porous material with respect to the porous material before damage processing. It further includes performing a third polarization measurement using the adsorbate. For purposes of this disclosure, damage processing means a processing step (eg, a plasma etching step) that causes damage to the porous material. The third polarization measurement is performed on a reference porous material having almost no hydrophilicity, such as a porous material before damage treatment or a reference low dielectric constant film. Natural insulating materials are often used as reference materials. Furthermore, the third polarimetry in this method uses a second adsorbate with polar molecules so that intrinsic hydrophilicity within the pores of a reference material, such as a reference low dielectric constant film, can be obtained. .

このような方法は、例えば低誘電率フィルムである多孔性材料の乾式エッチングおよび剥離処理後のダメージを判断するために使用できる。例えば、低誘電率材料は、2〜10nmの空孔サイズを有する超低誘電率材料など、SiOC(H)材料であってよい。このような方法を使用し、多孔性材料の疎水性の定量化を、エッチングおよび/または剥離プロセスによって多孔性材料に生じたダメージの深さの判断に使用することができる。   Such a method can be used, for example, to determine damage after dry etching and peeling treatment of a porous material which is a low dielectric constant film. For example, the low dielectric constant material may be a SiOC (H) material, such as an ultra low dielectric constant material having a pore size of 2-10 nm. Using such a method, quantification of the hydrophobicity of the porous material can be used to determine the depth of damage caused to the porous material by the etching and / or stripping process.

典型的な実施の形態が、図面の引用図に示されている。本明細書に開示の実施の形態および図面は、例示であると考えるべきであって、本発明を限定するものと考えるべきではない。   Exemplary embodiments are illustrated in the cited figures of the drawings. The embodiments and drawings disclosed herein are to be considered illustrative and should not be construed as limiting the invention.

概要
エッチングおよび/または剥離のステップなど、多孔性材料を含んでいるデバイスの製造のための特定の半導体処理ステップにおいて、多孔性材料がダメージを受ける可能性がある。例えば多孔低誘電率フィルムなどの多孔性材料は、プラズマ・エッチングおよび/または剥離プロセスの際に、有機疎水基を喪失する可能性がある。その結果、それらが親水性となり、誘電特性に悪影響を及ぼす湿気および他の極性分子を吸収する。プラズマ・エッチングおよび/または剥離プロセスの際に、プラズマによって例えば低誘電率材料などの多孔性材料に生じるダメージの程度は、現在のところ、例えばXPS、TOF‐SIMS、EFTEM、その他を使用する深さ‐特徴分析などの技法を使用して、評価されている。
Overview Porous materials can be damaged during certain semiconductor processing steps for the manufacture of devices containing porous materials, such as etching and / or stripping steps. For example, porous materials such as porous low dielectric constant films can lose organic hydrophobic groups during plasma etching and / or stripping processes. As a result, they become hydrophilic and absorb moisture and other polar molecules that adversely affect the dielectric properties. During plasma etching and / or stripping processes, the degree of damage caused by the plasma to porous materials, such as low dielectric constant materials, is currently limited to depths using, for example, XPS, TOF-SIMS, EFTEM, etc. -It is evaluated using techniques such as feature analysis.

これらの方法においては、プラズマによるダメージが、炭素の空乏に相関付けられている。しかしながら、すでに説明したとおり、炭素の空乏が、常にプラズマによるダメージに直接相関するわけではない。例えば、例えばCxFyHzプラズマなどの高度に重合的なプラズマが使用されるとき、炭素の空乏がCFxポリマーの堆積によって補われるが、ダメージの程度の判断において、そのような多孔性材料は、たとえば多孔低誘電率材料であるダメージを受けていない基準の多孔性材料と比べ異なる特性を有するに相違ない。   In these methods, plasma damage is correlated with carbon depletion. However, as already explained, carbon depletion is not always directly related to plasma damage. For example, when a highly polymerized plasma, such as CxFyHz plasma, is used, carbon depletion is compensated by the deposition of CFx polymer, but in determining the extent of damage, such porous materials may be, for example, porous low It must have different properties compared to a non-damaged reference porous material which is a dielectric material.

現時点における他のアプローチはHF浸漬テストであり、プラズマによるダメージがエッチングの深さと相関を有しているという事実にもとづいている。しかしながら、HFによるエッチングの深さは、HFによるシリカの自己触媒的エッチング機構ゆえ、HFの濃度に強く依存する。   Another approach at this time is the HF immersion test, which is based on the fact that plasma damage correlates with etch depth. However, the depth of etching with HF depends strongly on the concentration of HF due to the autocatalytic etching mechanism of silica with HF.

図1は、炭素の原子濃度についてのTOF‐SIMSデータを、エッチング、例えばイオン・スパッタリング時間の関数として示しており、この時間が、CF含有プラズマ(曲線1)、低出力(例えば、27MHzにおいて300Wおよび2MHzにおいて600W)でのC含有プラズマ(曲線2)、中間出力(例えば、27MHzにおいて800Wおよび2MHzにおいて1800W)でのC含有プラズマ(曲線3)、および高出力(27MHzにおいて1000Wおよび2MHzにおいて2000W)でのC含有プラズマ(曲線4)によるエッチング後のSiOC(H)低誘電率材料のエッチング深さに比例する。 FIG. 1 shows TOF-SIMS data for the atomic concentration of carbon as a function of etching, eg, ion sputtering time, which is a CF 4 containing plasma (curve 1) at low power (eg, 27 MHz). C 4 F 8 containing plasma at 600W) at 300W and 2MHz (curve 2), an intermediate output (e.g., C 4 F 8 containing plasma (curve 3 in 1800W) in 800W and 2MHz at 27 MHz), and high power (27 MHz Is proportional to the etching depth of the SiOC (H) low dielectric constant material after etching with a C 4 F 8 containing plasma (curve 4) at 1000 W and 2000 W at 2 MHz.

図1に示されているとおり、この例においては、CFベースのプラズマ(曲線1)が、表面領域においてもっとも顕著な炭素の空乏をもたらしている。高出力のCベースのプラズマ(曲線2)も、低誘電率材料の表面領域において炭素濃度の減少を示しているが、その程度はより小さい。この結果をTOF‐SIMS流に解釈すると、ダメージの深さが減少したことになる。中間的な出力のCベースのプラズマ(曲線3)は、炭素濃度の減少および炭素濃度のいくらかの濃縮を示している小さな表面領域を示している。低出力のCベースのプラズマ(曲線4)は、低誘電率材料の表面領域および塊、とくにはフィルムの上面から30〜50nmに相当する領域において、炭素濃度の大きな増加を示している。これは、エッチングの深さがエッチング、例えばイオン・スパッタリングの時間に比例するという事実から、割り出すことができる。フィルムの厚さおよびエッチングの時間が既知であれば、エッチング速度が一定であると仮定して、エッチングの深さを時間の関数として計算することができる。 As shown in FIG. 1, in this example, a CF 4 based plasma (curve 1) results in the most pronounced carbon depletion in the surface region. A high power C 4 F 8 based plasma (curve 2) also shows a decrease in carbon concentration in the surface area of the low dielectric constant material, but to a lesser extent. When this result is interpreted as a TOF-SIMS flow, the depth of damage is reduced. The intermediate power C 4 F 8 based plasma (curve 3) shows a small surface area showing a decrease in carbon concentration and some enrichment of carbon concentration. The low power C 4 F 8 based plasma (curve 4) shows a large increase in carbon concentration in the surface regions and masses of low dielectric constant materials, especially in the region corresponding to 30-50 nm from the top surface of the film. . This can be determined from the fact that the depth of etching is proportional to the time of etching, for example ion sputtering. If the film thickness and etching time are known, the etching depth can be calculated as a function of time, assuming that the etching rate is constant.

しかしながら、通常はダメージを受けていない材料における炭素濃度よりも高いダメージを受けた材料における炭素濃度の増加の観測は、自然のままの基準材料を前提とする例においては、元のSiOC(H)材料(日本国のCCIC社のNCS(ナノ結晶シリカ)、初期の多孔度が31%である)の炭素濃度に関係しているのではなく、エッチングの際に堆積したヒドロフルオロカーボン・ポリマーとも称されるCFxポリマーによって生じている。これらのCFxポリマーは、エッチング・プロセスの副生成物であって、多孔性材料のダメージを表わしてはいない。例えば、従来からのTOF‐SIMS結果の解釈に従えば、この材料がもっとも疎水的である(実質的に「ダメージ」を受けていない)ということになる。しかしながら、HF浸漬テストは、このサンプルについて基準となる自然のままのサンプルとくらべてより速いエッチング速度を示す。堆積したCFxポリマーは、低誘電率材料の比誘電率を増加させる傾向にあり、少なくとも材料の特性を疎水性(元の材料)から親水性へと変化させる傾向にある。すなわち、エッチング・プロセスの際に形成されて多孔性材料の空孔を満たすフッ化炭素ポリマーは、エッチング・プロセスの際に失われる元の疎水基と同じ疎水性をもたらすことができない。以上が、例えば低誘電率材料などの多孔性材料の内部の親水化、さらに具体的には、例えば低誘電率材料などの多孔性材料の空孔内の親水化の程度について、より直接的な情報をもたらす方法が望ましいことを示している。   However, the observation of an increase in carbon concentration in a damaged material that is higher than the carbon concentration in a normally undamaged material is the original SiOC (H) in an example that assumes a natural reference material. Rather than being related to the carbon concentration of the material (CCS in Japan, NCS (nanocrystalline silica), initial porosity is 31%), it is also referred to as the hydrofluorocarbon polymer deposited during etching. This is caused by the CFx polymer. These CFx polymers are by-products of the etching process and do not represent damage to the porous material. For example, according to conventional interpretation of TOF-SIMS results, this material is the most hydrophobic (substantially “not damaged”). However, the HF immersion test shows a faster etch rate compared to the baseline natural sample for this sample. The deposited CFx polymer tends to increase the relative dielectric constant of the low dielectric constant material and tends to change at least the material properties from hydrophobic (original material) to hydrophilic. That is, a fluorocarbon polymer that is formed during the etching process and fills the pores of the porous material cannot provide the same hydrophobicity as the original hydrophobic group that is lost during the etching process. The above is more direct regarding the degree of hydrophilization inside a porous material such as a low dielectric constant material, and more specifically, the degree of hydrophilization within the pores of a porous material such as a low dielectric constant material. It shows that a method of providing information is desirable.

多孔性(低誘電率)材料の親水/疎水性を判断するための方法
以下で、低誘電率材料の多孔性材料の親水性および/または疎水性の判定のための典型的な方法を説明する。しかしながら、この例があくまで例示であって、特許請求の範囲の範囲を制限するものではないことを理解できるであろう。例えば、この典型的な方法を、たとえば多孔膜(例えば、ゼオライト膜)など他の多孔性材料にも適用することが可能である。
Method for Determining the Hydrophilicity / Hydrophobicity of a Porous (Low Dielectric Constant) Material The following describes an exemplary method for determining the hydrophilicity and / or hydrophobicity of a porous material of a low dielectric constant material . However, it will be understood that this example is illustrative only and does not limit the scope of the claims. For example, this exemplary method can be applied to other porous materials such as, for example, porous membranes (eg, zeolite membranes).

この典型的な方法は、低誘電率材料または多孔膜などの多孔性材料の親水性および/または疎水性の判定をもたらす。多孔性材料は、多孔性の低誘電率材料または超低誘電率材料であってよい。この典型的な方法は、多孔性材料の空孔における吸着および/または脱離特性を利用する。種々の偏光細孔分布測定(Ellipsometric porosimetry measurement)(以下では、「偏光測定」と称する)を、多孔性材料に対する接触角(濡れ角とも称される)がさまざまである種々の吸着質またはガス状物質を使用しつつ実行することによって、多孔性材料の親水性/疎水性が割り出される。   This exemplary method provides a determination of the hydrophilicity and / or hydrophobicity of a porous material, such as a low dielectric constant material or a porous membrane. The porous material may be a porous low dielectric constant material or an ultra low dielectric constant material. This exemplary method takes advantage of the adsorption and / or desorption properties in the pores of the porous material. Various polarization pore distribution measurements (hereinafter referred to as “polarization measurements”), various adsorbates or gaseous forms with various contact angles (also referred to as wetting angles) to porous materials By performing while using the material, the hydrophilicity / hydrophobicity of the porous material is determined.

偏光測定は、多孔性材料の空孔における蒸気の吸着および脱離の際の毛管凝縮のプロセスに起因して現われるヒステリシス・ループの分析にもとづいている。このヒステリシス・ループは、凝縮した液体メニスカスの湾曲の有効半径が、吸着プロセスの際と脱離のプロセスの際とで相違するために出現する。吸着性の蒸気は、たとえ蒸気圧Pが平坦な液体表面の平行圧力Pよりも小さくても、多孔性材料の空孔内で凝縮する。相対圧力P/Pのメニスカスの湾曲に対する依存性は、下記のケルビン(Kelvin)の式に記述される。 Polarimetry is based on the analysis of the hysteresis loop that appears due to the process of capillary condensation during vapor adsorption and desorption in the pores of the porous material. This hysteresis loop appears because the effective radius of curvature of the condensed liquid meniscus differs between the adsorption process and the desorption process. The adsorptive vapor condenses in the pores of the porous material even if the vapor pressure P is less than the parallel pressure P 0 of the flat liquid surface. The dependence of the relative pressure P / P 0 on the meniscus curvature is described in the following Kelvin equation.

Figure 2006317442
Figure 2006317442

ここで、γおよびVはそれぞれ、使用される吸着質またはガス状物質の表面張力およびモル体積である。主曲率半径rおよびr(楕円半径)が、空孔のサイズを定める。円柱形の空孔の場合、r=rであり、式(1)を下記式(2)と書くことができる。ここでrは、しばしばケルビン半径と呼ばれる。 Where γ and V L are the surface tension and molar volume of the adsorbate or gaseous substance used, respectively. The principal radii of curvature r 1 and r 2 (elliptical radii) define the size of the holes. In the case of a cylindrical hole, r 1 = r 2 , and equation (1) can be written as equation (2) below. Here, r k is often referred to as the Kelvin radius.

Figure 2006317442
Figure 2006317442

ケルビンの式(2)は、多孔性材料の表面に対する吸着質またはガス状物質の濡れ角が実質的にゼロであると考えて、空孔の半径を直接与える。しかしながら、本発明によれば、多孔性材料に対する接触角または濡れ核がさまざまである吸着質またはガス状物質が使用され、したがって接触角または濡れ角を考慮に入れなければならない。したがって、式(2)は、下記式(3)と書くことができる。   Kelvin's equation (2) directly gives the pore radius, assuming that the wetting angle of the adsorbate or gaseous material to the surface of the porous material is substantially zero. However, according to the present invention, adsorbates or gaseous substances with different contact angles or wetting nuclei to the porous material are used and therefore the contact angle or wetting angle must be taken into account. Therefore, the equation (2) can be written as the following equation (3).

Figure 2006317442
Figure 2006317442

ここで、θは、多孔性材料に対する吸着質またはガス状物質の接触角または濡れ角であり、rは、多孔性材料中に存在する空孔の平均半径である。偏光測定は、単波長または複数波長の偏光解析法を使用して実行される。 Here, theta is the contact angle or wetting angle adsorptive or gaseous substance to the porous material, r k is the average radius of the pores present in the porous material. Polarization measurements are performed using single wavelength or multiple wavelength ellipsometry.

吸着アイソサーム(adsorption isotherm)の計算のための初期の実験データは、偏光特性Δ(p偏光した光とs偏光した光との間の位相差(図2を参照))およびΨ(図3に示されている)であり、偏光測定は、通常はこれらのパラメータに関して、下記式(4)と表現できる。   Initial experimental data for the calculation of the adsorption isotherm are the polarization characteristics Δ (phase difference between p-polarized light and s-polarized light (see FIG. 2)) and Ψ (shown in FIG. 3). In general, polarization measurement can be expressed by the following equation (4) with respect to these parameters.

Figure 2006317442
Figure 2006317442

ここで、rおよびrは、p偏光(入射の平面内)およびs偏光(入射の平面に直角)した光についてのサンプルの複素フレネル反射係数である(図2を参照)。次いで、Institute of Semiconductor Physics in Novosibirsk,Russiaにおいて開発された特別なソフトウェアによって、吸着および脱離の際の多孔性材料の屈折率の変化を計算することができる。次いで、この屈折率の変化から、吸着体積または空孔体積の変化が、以下の式(5)を用いて計算できる。 Where r p and r s are the complex Fresnel reflection coefficients of the sample for p-polarized (in the plane of incidence) and s-polarized (perpendicular to the plane of incidence) (see FIG. 2). The change in refractive index of the porous material upon adsorption and desorption can then be calculated by special software developed at the Institute of Semiconductor Physics in Novosibirsk, Russia. Next, from this change in refractive index, the change in adsorption volume or pore volume can be calculated using the following equation (5).

Figure 2006317442
Figure 2006317442

ここで、nは、体積分極率Bを有する材料の密な部分、すなわちマトリクスの屈折率であり、nは、空孔について測定された屈折率であり、Bは、nから計算された体積分極率である。相対圧力P/Pに対する吸着体積の依存性が、吸着アイソサームをもたらす。 Where n b is the dense part of the material with volume polarizability B b , ie the refractive index of the matrix, n p is the refractive index measured for the vacancies, and B p is from n p Calculated volume polarizability. The dependence of the adsorption volume on the relative pressure P / P 0 results in an adsorption isotherm.

すでに述べたように、本発明の第1の実施の形態による方法は、2つの異なる吸着質またはガス状物質、すなわち検査しようとする多孔性材料の表面に対して第1の接触角または濡れ角を有している第1の吸着質またはガス状物質、および検査しようとする多孔性材料の表面に対して第2の接触角または濡れ角を有している第2の吸着質またはガス状物質を使用する。本発明によれば、第1の接触角または濡れ角が、第2の接触角または濡れ角と相違している。本発明の第1の実施の形態によれば、第1の濡れ角が、実質的にゼロに等しい。ここで、実質的にゼロに等しいとは、第1の濡れ角が5°未満であってよく、3°未満であってよく、あるいは1°未満であってよいことを意味する。第2の接触角または濡れ角は、ゼロから実質的に相違している。好ましくは、第1および第2の接触角または濡れ角の間の差は、できる限り大きくてよい。好ましくは、第2の接触角または濡れ角が、90°以上であってよい。   As already mentioned, the method according to the first embodiment of the present invention provides a first contact angle or wetting angle for two different adsorbates or gaseous substances, ie the surface of the porous material to be examined. First adsorbate or gaseous substance having a second contact angle or wetting angle with respect to the surface of the porous material to be examined Is used. According to the present invention, the first contact angle or the wetting angle is different from the second contact angle or the wetting angle. According to the first embodiment of the invention, the first wetting angle is substantially equal to zero. Here, substantially equal to zero means that the first wetting angle may be less than 5 °, may be less than 3 °, or may be less than 1 °. The second contact angle or wetting angle is substantially different from zero. Preferably, the difference between the first and second contact angles or wetting angles may be as large as possible. Preferably, the second contact angle or wetting angle may be 90 ° or more.

本発明に従って使用できる有機分子を含んでいる低誘電率材料または多孔膜に対して実質的にゼロに等しい接触角または濡れ角を有している吸着質の例としては、例えば窒素、トルエン、メタノール、およびベンゼンが挙げられる。この場合、ケルビンの式(3)においてcosθ=1(θ=0であるため)であり、すでに述べた方法を使用し、吸着/脱離のサイクルによって、多孔性材料の空孔に吸着された吸着質の体積を計算することができ、したがってこれが、多孔性材料に存在する開いた空孔の体積に相当する。有機分子を含んでいる低誘電率材料または多孔膜に対して実質的にゼロと異なる接触角を有している吸着質の例としては、例えば水、チオニル(SOCl)、または有機分子を含んでいる低誘電率材料または多孔膜に対してゼロでない接触角を有している他の任意の適切な無機溶媒が挙げられる。 Examples of adsorbates having a contact angle or wetting angle substantially equal to zero for low dielectric constant materials or porous films containing organic molecules that can be used in accordance with the present invention include, for example, nitrogen, toluene, methanol , And benzene. In this case, cos θ = 1 in Kelvin's equation (3) (because θ = 0), and it was adsorbed in the pores of the porous material by the adsorption / desorption cycle using the method already described. The volume of adsorbate can be calculated and thus corresponds to the volume of open pores present in the porous material. Examples of adsorbates having a contact angle substantially different from zero for low dielectric constant materials or porous films containing organic molecules include, for example, water, thionyl (SOCl 2 ), or organic molecules And any other suitable inorganic solvent having a non-zero contact angle with the low dielectric constant material or porous film.

偏光測定を実行するため、上面に例えば低誘電率フィルムなどの多孔性材料を有している基板が、第1の吸着質またはガス状物質で満たされた加圧可能なチャンバ内に配置される。その後、第2の測定が同じやり方で、しかしながら今度は第2の吸着質またはガス状物質で満たされた加圧可能なチャンバ内で、実行される。   To perform polarimetry, a substrate having a porous material such as a low dielectric constant film on the top surface is placed in a pressurizable chamber filled with a first adsorbate or gaseous substance. . A second measurement is then performed in the same manner, but this time in a pressurizable chamber filled with a second adsorbate or gaseous substance.

以下で、本発明の上記好ましい実施の形態による方法を、あくまで例としてさらに説明する。この例が、本発明を限定するものではないことを、理解すべきである。本発明の第1の実施の形態による方法は、低誘電率材料や多孔膜など、任意の多孔度を有している任意の多孔性材料に適用可能である。   In the following, the method according to the preferred embodiment of the invention will be further described by way of example only. It should be understood that this example does not limit the invention. The method according to the first embodiment of the present invention can be applied to any porous material having any porosity, such as a low dielectric constant material or a porous film.

以下の例では、低誘電率材料の親水性/疎水性が判定される。第1のステップにおいて、第1の偏光測定が、第1の吸着質として例えばトルエンを使用して実行される。ΨおよびΔについての測定値から、多孔性材料の屈折率nの変化が割り出され、この屈折率nの変化から、吸着されたトルエンの体積の変化が、上述の方法を使用して割り出される。   In the following example, the hydrophilicity / hydrophobicity of a low dielectric constant material is determined. In the first step, a first polarization measurement is performed using, for example, toluene as the first adsorbate. From the measured values for Ψ and Δ, the change in the refractive index n of the porous material is determined, and from this change in the refractive index n, the change in the volume of adsorbed toluene is determined using the method described above. It is.

図4に、所与の例の低誘電率フィルムについて、トルエンの吸着/脱離サイクルが示されている(それぞれ、曲線5および6)。曲線5および6から、図4に与えられた例の低誘電率フィルムが、約31%の多孔率を有していると判断できる。この多孔率の値は、1に等しい相対圧力P/Pにおいて、すなわち圧力P=Pにおいて、多孔性材料の空孔に吸着された吸着質の量によって割り出される。この圧力において、吸着質またはガス状物質が、この例では低誘電率材料の空孔であるが、多孔性材料の空孔へと完全に凝縮する。すなわち、吸着された吸着質の量が、この例では低誘電率材料であるが多孔性材料に存在する空孔の量に等しい。 In FIG. 4, the toluene adsorption / desorption cycle is shown for the given example low dielectric constant film (curves 5 and 6, respectively). From curves 5 and 6, it can be determined that the example low dielectric constant film given in FIG. 4 has a porosity of about 31%. This porosity value is determined by the amount of adsorbate adsorbed in the pores of the porous material at a relative pressure P / P 0 equal to 1, ie at a pressure P = P 0 . At this pressure, the adsorbate or gaseous substance is completely condensed into the pores of the porous material, although in this example the pores of the low dielectric constant material. That is, the amount of adsorbate adsorbed is equal to the amount of pores present in the porous material, although this is a low dielectric constant material in this example.

この第1のステップを、ダメージを受けた多孔性材料またはダメージを受けていない多孔性材料の少なくとも一方について実施できることに、触れておかねばならない。処理によって、空孔として振る舞う可能性のある欠陥が形成される可能性があり、空孔として振る舞う可能性のある欠陥が形成されることによって多孔性材料の多孔度が処理の際に増加する可能性があるため、好都合には、第1の測定を、ダメージを受けていない(処理前の)材料およびダメージを受けた(処理後の)材料の両者に対して行なうとよい。このようにすることで、出発材料の多孔率を割り出すことができ、処理ステップによって生じたダメージを正確に判断することができる。   It should be noted that this first step can be performed on at least one of a damaged porous material or an undamaged porous material. Processing can create defects that can behave as vacancies, and defects that can behave as vacancies can increase the porosity of the porous material during processing. Conveniently, the first measurement is advantageously performed on both the undamaged (pre-treatment) material and the damaged (post-treatment) material. In this way, the porosity of the starting material can be determined, and damage caused by the processing step can be accurately determined.

第2のステップにおいては、ダメージを受けた材料が、多孔性材料に対する接触角または濡れ角が実質的にゼロから相違している第2の吸着質またはガス状物質を使用する第2の偏光測定に供される。   In a second step, a second polarization measurement using a second adsorbate or gaseous material in which the damaged material has a contact angle or wetting angle with respect to the porous material that is substantially different from zero. To be served.

ダメージを受けていない低誘電率の誘電体は、一般に疎水性であり、これは、例えば水など、この例では低誘電率材料である多孔性材料に対し実質的にゼロから相違している接触角または濡れ角を有している極性吸着質が使用されるとき、ケルビンの式(3)においてcosθがゼロに近くなることを意味している。したがって、吸着質が水である場合に、例えば低誘電率フィルムであるこれらの多孔性材料において、水の凝縮は事実上生じない。第2の偏光測定から、ΨおよびΔの値が割り出され、続いてそこから、この例では低誘電率材料である多孔性材料の屈折率の変化および吸着される水の量の変化が、前述の方法を使用して割り出される。さらに図4は、ダメージを受けた低誘電率フィルムについて、水蒸気の吸着/脱離サイクルを示している(それぞれ、曲線7および8)。これら曲線7、8から、吸着される水の量が約18.5%であることが割り出される。この値は、P=P(あるいは、P/P=1)の圧力において吸着される水の体積を割り出すことによって、判断される。吸着された水の量から、ダメージを受けた部位の濃度を、以下のとおり計算することができる。吸着された水の割合から、吸着された水の体積を割り出すことができる。吸着された水の体積に水の密度を掛けることによって、吸着された水の重量が得られる。水の分子量で除算をすることによって、吸着された水のモル量がもたらされる。この結果をアボガドロ数で乗算することによって、水が吸着された部位の数を得ることができる。 Non-damaged low dielectric constant dielectrics are generally hydrophobic, which is a contact that is substantially different from zero to a porous material, for example water, in this example a low dielectric constant material. When a polar adsorbate having corners or wetting angles is used, it means that cos θ is close to zero in Kelvin's equation (3). Thus, when these adsorbates are water, for example in these porous materials which are low dielectric constant films, water condensation does not occur virtually. From the second polarization measurement, the values of Ψ and Δ are determined, from which the change in the refractive index of the porous material, which in this example is a low dielectric constant material, and the change in the amount of water adsorbed, Determined using the method described above. Further, FIG. 4 shows water vapor adsorption / desorption cycles for the damaged low dielectric constant films (curves 7 and 8, respectively). From these curves 7, 8, it can be determined that the amount of water adsorbed is about 18.5%. This value is determined by determining the volume of water adsorbed at a pressure of P = P 0 (or P / P 0 = 1). From the amount of adsorbed water, the concentration of the damaged part can be calculated as follows. From the proportion of adsorbed water, the volume of adsorbed water can be determined. By multiplying the adsorbed water volume by the density of the water, the weight of the adsorbed water is obtained. Dividing by the molecular weight of the water results in the molar amount of water adsorbed. By multiplying this result by the Avogadro number, the number of sites where water is adsorbed can be obtained.

さらに図4は、この例では自然のままである基準材料について、水蒸気の吸着/脱離サイクルを示している(それぞれ、曲線9および10)。基準材料は、エッチングおよび/または剥離によってダメージを受ける前の多孔性材料として見ることができる。図4に示した自然なままのフィルムにおいては、大きな凝縮がなく、生じる水の吸着はわずかであり、水の吸着が生じうる部位(構成的欠陥)がわずかな量しか存在していないことを反映している。これらの部位の数が限られている場合には、吸着された水の分子によって壁面に連続層が形成されることがないため、接触角または濡れ角は、大きいままである。図4は、自然なままのフィルムが、フィルムの全体積のわずか4%の水しか吸着しないことを示している。例えばダメージを受けていない多孔性材料である基準材料についての測定が、エッチングおよび/または剥離のプロセスによって引き起こされたダメージを割り出し、それらを測定された部位の総数から区別し、材料に当初から存在している構成的な親水性部位から区別するために実行される。   Furthermore, FIG. 4 shows the water vapor adsorption / desorption cycle (curves 9 and 10, respectively) for a reference material that is intact in this example. The reference material can be viewed as a porous material prior to being damaged by etching and / or stripping. In the natural film shown in FIG. 4, there is no large condensation, little water adsorption occurs, and there is only a small amount of sites (constitutive defects) where water adsorption can occur. Reflects. When the number of these parts is limited, the contact angle or the wetting angle remains large because the adsorbed water molecules do not form a continuous layer on the wall surface. FIG. 4 shows that the natural film adsorbs only 4% of the total film volume of water. Measurements on a reference material, for example an undamaged porous material, determine the damage caused by the etching and / or delamination process and distinguish them from the total number of sites measured and are present in the material from the outset It is performed to distinguish it from constitutive hydrophilic sites.

しかしながら、ダメージを受けた低誘電率フィルムの場合には、状況が相違する。このダメージを受けた低誘電率フィルムの表面領域は、炭化水素基の喪失ゆえに親水性となり、したがって吸着される水の量が大きく増加する。ダメージを受けた低誘電率フィルムについての水の吸着/脱離アイソサームが、やはり図4に示されている(すでに示したとおり、それぞれ曲線7および8)。ダメージを受けた低誘電率フィルムについての水の吸着/脱離アイソサームが、水の吸着量(プラズマによるダメージの結果としてこの値が増加する)および水の凝縮の開始に対応する相対圧力の割り出しを可能にする。この水の凝縮が開始する相対圧力が、式(4)を使用した内部接触角の計算を可能にする。   However, the situation is different for damaged low dielectric constant films. The surface area of the damaged low dielectric constant film becomes hydrophilic due to the loss of hydrocarbon groups, thus greatly increasing the amount of water adsorbed. The water adsorption / desorption isotherm for the damaged low dielectric constant film is also shown in FIG. 4 (curves 7 and 8, respectively, as already shown). The water adsorption / desorption isotherm on a damaged low dielectric constant film determines the amount of water adsorption (this value increases as a result of plasma damage) and the relative pressure corresponding to the onset of water condensation. enable. The relative pressure at which this water begins to condense allows calculation of the internal contact angle using equation (4).

親水化の程度(親水性/疎水性)を判断するため、2つのケルビンの式(6)、(7)が組み合わせられる。第1のケルビンの式(6)は、多孔性材料に対する接触角が実質的にゼロである吸着質(例えば、トルエン、ベンゼン)による第1の偏光測定後に得られた値を有し、第2のケルビンの式(7)は、多孔性材料に対する接触角がゼロでない吸着質(例えば、トルエン、ベンゼン)による第2の偏光測定後に得られた値を有しており、ここで第2の吸着質は有極性である(例えば、水)。2つのケルビンの式(6)、(7)の組み合わせは、以下のとおり実行できる。   In order to determine the degree of hydrophilicity (hydrophilic / hydrophobic), the two Kelvin equations (6) and (7) are combined. The first Kelvin equation (6) has a value obtained after a first polarization measurement with an adsorbate (eg, toluene, benzene) having a contact angle to the porous material of substantially zero, Kelvin's equation (7) has a value obtained after a second polarization measurement with an adsorbate (eg, toluene, benzene) with a non-zero contact angle to the porous material, where the second adsorption The quality is polar (eg water). The combination of the two Kelvin equations (6) and (7) can be performed as follows.


Figure 2006317442

Figure 2006317442

これらのケルビンの式(6)および(7)を組み合わせることによって、水などの「ゼロでない」接触角を有する吸着質またはガス状物質の多孔性材料に対する有効「接触角」を割り出すことができる。有効接触角または有効濡れ角は、多孔性材料の親水性に相関する表面エネルギーについての情報を与える。接触角は、表面エネルギーの指標である。平衡の状況が、ヤングの式
γSV−γSL=γLVcosθ (8)
によって表現され、ここで、γSV、γSL、およびγLVはそれぞれ、固体の表面エネルギー、界面の表面エネルギー、および水の表面エネルギーである。式(8)を使用し、左辺の2つの量の差を、割り出すことができる。これら2つの量、例えば固体の表面エネルギーおよび界面の表面エネルギーを分離するため、どのように液体と固体とが一体に付着するのかにもとづく或るモデルが使用される。
By combining these Kelvin equations (6) and (7), an effective “contact angle” for a porous material of adsorbate or gaseous material having a “non-zero” contact angle, such as water, can be determined. The effective contact angle or effective wetting angle gives information about the surface energy that correlates with the hydrophilicity of the porous material. Contact angle is a measure of surface energy. The equilibrium situation is the Young's equation γ SV −γ SL = γ LV cos θ (8)
Where γ SV , γ SL , and γ LV are the surface energy of the solid, the surface energy of the interface, and the surface energy of water, respectively. Using equation (8), the difference between the two quantities on the left side can be determined. In order to separate these two quantities, for example the surface energy of the solid and the surface energy of the interface, a model is used based on how the liquid and solid adhere together.

式(6)は、実質的にゼロに等しい第1の接触角または濡れ角を有している第1の吸着質またはガス状物質についてのケルビンの式である。式(7)は、ゼロでない第2の接触角または濡れ角を有している第2の吸着質またはガス状物質についてのケルビンの式である。式(6)および(7)において、添え字a1およびa2はそれぞれ、第1の吸着質またはガス状物質および第2の吸着質またはガス状物質を表わしている。式(6)および(7)の組み合わせの結果は、下記式(9)となる。   Equation (6) is the Kelvin equation for a first adsorbate or gaseous material having a first contact angle or wetting angle substantially equal to zero. Equation (7) is the Kelvin equation for a second adsorbate or gaseous material having a second contact angle or wetting angle that is not zero. In equations (6) and (7), the subscripts a1 and a2 represent the first adsorbate or gaseous substance and the second adsorbate or gaseous substance, respectively. The result of the combination of equations (6) and (7) is the following equation (9).

Figure 2006317442
Figure 2006317442

上述の方法によれば、他のいかなる方法でも実際に測定することがきわめて困難である多孔性材料の有効接触角を割り出すことができる。さらに、有効接触角は、例えば低誘電率材料などの多孔性材料の比誘電率にとって重要である親水性/疎水性を直接反映している。本発明の方法と、TOF‐SIMS/XPSなどの従来技術の技法との間の相違は、本発明が、炭素の空乏と親水化の程度の同一視などの仮定を用いていない点にある。さらに、この典型的な方法は、既存の方法と対照的に、多孔性材料に対して非破壊である。   According to the method described above, it is possible to determine the effective contact angle of a porous material that is extremely difficult to actually measure by any other method. Furthermore, the effective contact angle directly reflects the hydrophilicity / hydrophobicity that is important for the relative dielectric constant of porous materials such as low dielectric constant materials. The difference between the method of the present invention and prior art techniques such as TOF-SIMS / XPS is that the present invention does not use assumptions such as equating the degree of carbon depletion and hydrophilization. Furthermore, this typical method is non-destructive to porous materials, in contrast to existing methods.

上述のとおり、例えば空孔を有する低誘電率フィルムなど、多孔性材料の親水性/疎水性を判断するため、典型的な方法は、第1および第2の吸着質を使用する少なくとも2つの偏光測定を含んでおり、それぞれの吸着質の多孔性材料に対する接触角または濡れ角が相違している。或る特定の実施の形態においては、これらの偏光測定を、ゼロから使用される吸着質の平衡蒸気圧まで変化する圧力を使用して実行することができる。すでに説明したとおり、典型的な方法においては、第1の吸着質、実質的にゼロに等しい接触角または濡れ角を有する吸着質であってよく、第2の吸着質が、極性分子を含んでおりゼロでない第2の接触角または濡れ角を有している吸着質であってよい。   As described above, in order to determine the hydrophilicity / hydrophobicity of a porous material, such as a low dielectric constant film with pores, an exemplary method is to use at least two polarizations using first and second adsorbates. Measurements are included, and the contact angle or wetting angle of each adsorbate with respect to the porous material is different. In certain embodiments, these polarization measurements can be performed using pressures that vary from zero to the equilibrium vapor pressure of the adsorbate used. As already described, in a typical method, the first adsorbate may be an adsorbate having a contact angle or wetting angle substantially equal to zero, the second adsorbate comprising polar molecules. The adsorbate may have a second non-zero second contact angle or wetting angle.

第1の吸着質(多孔性材料に対する接触角が実質的にゼロに等しい)の例としては、有機分子を含んでいる低誘電率材料および多孔膜の場合には、窒素、トルエン、メタノール、およびベンゼンが挙げられる。これらの吸着質は、有機分子を含んでいる多孔低誘電率材料および多孔膜などの多孔性材料において、良好な濡れ性を有している。   Examples of the first adsorbate (the contact angle to the porous material is substantially equal to zero) include nitrogen, toluene, methanol, and in the case of low dielectric constant materials and porous films containing organic molecules, and Benzene is mentioned. These adsorbates have good wettability in porous materials such as porous low dielectric constant materials and porous films containing organic molecules.

有機分子を含んでいる低誘電率材料または多孔膜に対してゼロでない接触角または濡れ角を有している第2の吸着質の例としては、水、SOCl、または有機分子を含んでいる低誘電率材料または多孔膜に対してゼロでない接触角を有している他の任意の適切な無機溶媒が挙げられる。 Examples of the second adsorbate has a contact angle or wetting angle is not zero with respect to low-k materials or porous membranes comprising organic molecules, include water, SOCl 2, or an organic molecule, Any other suitable inorganic solvent that has a non-zero contact angle to the low dielectric constant material or porous film may be mentioned.

低誘電率へのダメージまたは低誘電率フィルムのダメージの深さの定量化方法
他の実施の形態においては、例えば低誘電率フィルムなどの多孔性材料についてダメージの深さを割り出すための方法が提供される。この方法は、低誘電率材料などの多孔性材料について、内部表面エネルギーまたは有効接触角、ならびにダメージの程度および深さを割り出すことを含んでおり、さらに具体的には、プラズマ・エッチングおよび/または剥離処理後の低誘電率材料などの多孔性材料におけるダメージの深さを割り出すことを含んでいる。ここで、プラズマによるダメージは、例えば低誘電率材料の場合には炭化水素基であるが、有機疎水基の喪失に起因する多孔性材料の疎水性の喪失として定義される。このダメージは、多孔性材料のプラズマ・エッチングおよび/または剥離処理によって生じる可能性がある。
Method for Quantifying Low Dielectric Damage or Low Dielectric Film Damage Depth In another embodiment, a method is provided for determining damage depth for a porous material such as a low dielectric constant film. Is done. The method includes determining the internal surface energy or effective contact angle and the extent and depth of damage for a porous material, such as a low dielectric constant material, and more specifically, plasma etching and / or It includes determining the depth of damage in a porous material such as a low dielectric constant material after release treatment. Here, damage caused by plasma is defined as, for example, a loss of hydrophobicity of a porous material due to a loss of organic hydrophobic groups, although it is a hydrocarbon group in the case of a low dielectric constant material. This damage can be caused by plasma etching and / or stripping of the porous material.

この典型的な方法において多孔性材料のダメージの深さを割り出すため、特性の異なる2つの層を含んでいる多孔低誘電率フィルム製のフィルムが使用される。第1の層すなわち上層は、多孔低誘電率フィルムのダメージ領域を呈している。第1の層すなわち上層は、多孔低誘電率フィルムの第2の層すなわちバルク層よりも親水性である。バルク層は、ダメージを受けていないと考えられる。この事実を考慮に入れ、このような多孔低誘電率フィルムにおけるプラズマによるダメージの深さを、割り出すことができる。   To determine the depth of damage to the porous material in this exemplary method, a film made of a porous low dielectric constant film containing two layers with different properties is used. The first layer, that is, the upper layer, exhibits a damaged region of the porous low dielectric constant film. The first or top layer is more hydrophilic than the second or bulk layer of the porous low dielectric constant film. The bulk layer is considered undamaged. Taking this fact into account, the depth of plasma damage in such a porous low dielectric constant film can be determined.

すでに説明したやり方と同様に、多孔低誘電率材料の空孔内に吸着される水の量を、ダメージの程度を計算するため、さらに詳しくは多孔低誘電率フィルム内のダメージの深さを計算するため、この典型的な方法において使用することができる。   In the same way as described above, the amount of water adsorbed in the pores of the porous low dielectric constant material is calculated to calculate the degree of damage, more specifically the depth of damage in the porous low dielectric constant film. Therefore, it can be used in this exemplary method.

ダメージを受けた低誘電率フィルムにおけるダメージの深さを判断するため、この典型的な方法は、ゼロから使用される吸着質の平衡蒸気圧までの範囲にわたる圧力において多孔フィルムの空孔内の吸着特性を割り出すために、少なくとも3つの偏光測定を含んでいる。これらの偏光測定を実行するため、上面に多孔低誘電率フィルムを有している基板が、第1の吸着質(ガス状の物質であってよい)で満たされた加圧可能なチャンバ内に配置される。その後、第2の測定が上述した同じやり方で、しかしながら第2の吸着質(ガス状の物質であってよい)で満たされた加圧可能なチャンバ内で、実行される。   In order to determine the depth of damage in a damaged low dielectric constant film, this typical method uses adsorption within the pores of a porous film at pressures ranging from zero to the equilibrium vapor pressure of the adsorbate used. To determine the characteristics, at least three polarization measurements are included. To perform these polarization measurements, a substrate having a porous low dielectric constant film on the top surface is placed in a pressurizable chamber filled with a first adsorbate (which can be a gaseous substance). Be placed. A second measurement is then performed in the same manner as described above, but in a pressurizable chamber filled with a second adsorbate (which can be a gaseous substance).

ダメージを受けていない多孔低誘電率材料について実行される第1の偏光測定において、多孔低誘電率フィルムの多孔率および/または孔サイズを得ることができるよう、多孔性材料に対して実質的にゼロに等しい接触角または濡れ角を有している第1の吸着質またはガス状物質が使用される。本明細書に記載の例の目的においては、実質的にゼロに等しいとは、第1の接触角または濡れ角が5°未満であってよく、3°未満であってよく、あるいは1°未満であってよいことを意味する。吸着多孔度測定(adsorption porosimetry)(例えば、偏光多孔率(EP)測定を使用する)における孔サイズの割り出しは、相対圧力を穴の半径に相関付けるケルビンの式(2)にもとづいている。   In order to obtain the porosity and / or pore size of the porous low dielectric constant film in the first polarization measurement performed on the porous low dielectric constant material that has not been damaged, A first adsorbate or gaseous material having a contact angle or wetting angle equal to zero is used. For purposes of the examples described herein, substantially equal to zero means that the first contact angle or wetting angle may be less than 5 °, less than 3 °, or less than 1 °. It means that it may be. Pore size determination in adsorption porosity measurement (eg, using polarized porosity (EP) measurement) is based on Kelvin's equation (2), which correlates relative pressure with hole radius.

このような測定を正確なものとするため、多孔フィルムの表面に対する接触角または濡れ角が実質的にゼロに等しい吸着質またはガス状物質が使用される。そのような吸着質の例は、窒素、トルエン、メタノール、およびベンゼンである。この場合、ケルビンの式(3)においてcosθ=1(θ=0°であるため)であり、吸着/脱離のサイクルによって、吸着されたトルエンの体積(開いた空孔の体積)を計算することができる。好ましくは、選択される吸着質またはガス状物質の接触角または濡れ角は、ダメージを受けていない基準となる材料、すなわち自然のままの材料と、ダメージを受けた低誘電率材料とについて、実質的に同じであるとよい。この測定から得られた値は、Pa1あるいは接触角または濡れ角が実質的にゼロに等しい吸着質またはガス状物質によって測定された多孔低誘電率フィルムの多孔度と称される。 In order to make such measurements accurate, adsorbates or gaseous substances are used whose contact angle or wetting angle to the surface of the porous film is substantially equal to zero. Examples of such adsorbates are nitrogen, toluene, methanol, and benzene. In this case, cos θ = 1 in Kelvin equation (3) (because θ = 0 °), and the volume of adsorbed toluene (volume of open pores) is calculated by the adsorption / desorption cycle. be able to. Preferably, the contact angle or wetting angle of the selected adsorbate or gaseous substance is substantially the same for an undamaged reference material, i.e., a natural material and a damaged low dielectric constant material. Should be the same. The value obtained from this measurement is referred to as the porosity of the porous low dielectric constant film as measured by P a1 or an adsorbate or gaseous substance with a contact angle or wetting angle substantially equal to zero.

この典型的な方法では、第2の偏光測定が、ダメージを受けた多孔低誘電率フィルムについて実行され、ここでは、多孔性材料に対して第2の接触角または濡れ角を有している第2の吸着質またはガス状物質が使用される。第2の吸着質は、ダメージを受けた低誘電率フィルムの空孔における第2のガス状物質の吸着を測定できるよう、極性分子を含むことができる。第2のガス状物質または吸着質は、90°以上の接触角を有することができる。例として、第2のガス状物質は、水、SOCl、および有機分子を含んでいる低誘電率材料または多孔膜に対してゼロでない接触角を有している他の任意の適切な無機溶媒であってよい。この第2の偏光測定から得られた値は、Pa2,1と称され、あるいは第2の吸着質またはガス状物質、例えば水または他の極性物質によって測定されたダメージありの多孔低誘電率フィルムの多孔度と称される。 In this exemplary method, a second polarization measurement is performed on a damaged porous low dielectric constant film, where a second contact angle or wetting angle with respect to the porous material is present. Two adsorbates or gaseous substances are used. The second adsorbate can include polar molecules so that the adsorption of the second gaseous material in the pores of the damaged low dielectric constant film can be measured. The second gaseous substance or adsorbate can have a contact angle of 90 ° or greater. By way of example, the second gaseous substance may be water, SOCl 2 , and any other suitable inorganic solvent having a non-zero contact angle for low dielectric constant materials or organic films including organic molecules It may be. The value obtained from this second polarimetry is referred to as Pa2,1 , or a damaged porous low dielectric constant measured by a second adsorbate or gaseous material such as water or other polar material. It is referred to as the porosity of the film.

この典型的な方法では、第3の偏光測定が、ダメージを受けていない低誘電率フィルム(基準低誘電率フィルムまたは「自然のままの材料」とも称される)、例えばフィルムにダメージをもたらすエッチングおよび/または剥離プロセスに供される前の多孔低誘電率フィルムについて実行される。ダメージを受けていない低誘電率フィルムは、第2のガス状物質(吸着質)について親水性をほとんど有しておらず、したがって基準低誘電率フィルムの空孔における第2のガス状物質の吸着を得ることができる。この第3の偏光測定から得られた値は、Pa2,2と称され、あるいは水または他の極性物質によって測定されたダメージなしの低誘電率フィルムの多孔度と称される。 In this exemplary method, a third polarimetric measurement is performed on an undamaged low dielectric constant film (also referred to as a reference low dielectric constant film or “natural material”), for example, etching that causes damage to the film. And / or on a porous low dielectric constant film prior to being subjected to a stripping process. The non-damaged low dielectric constant film has little hydrophilicity with respect to the second gaseous substance (adsorbate), and therefore the adsorption of the second gaseous substance in the pores of the reference low dielectric constant film. Can be obtained. The value obtained from this third polarization measurement is referred to as Pa2,2 , or the porosity of an undamaged low dielectric constant film as measured by water or other polar material.

上記3つの偏光測定が、以下の式(10)において組み合わされ、次いで、低誘電率フィルムにおけるダメージの深さを割り出すために使用される。
a2,2*d=Pa1*d+Pa2,1*(d−d) (10)
ここで、Pa2,2は、極性ガス状物質によって測定されたダメージありの多孔低誘電率フィルムの多孔度(吸着された液体の体積)であり、Pa2,1は、(水によって測定された)ダメージ前の多孔低誘電率フィルムの多孔度(吸着された液体の体積)であり、Pa1は、トルエンを使用して測定されたダメージなしの多孔低誘電率フィルムの多孔度であり、dはフィルムの厚さであって、dは濡れの深さである。
The above three polarization measurements are combined in the following equation (10) and then used to determine the depth of damage in the low dielectric constant film.
P a2,2 * d 0 = P a1 * d + P a2,1 * (d 0 −d) (10)
Here, P a2,2 is the porosity (volume of adsorbed liquid) of the damaged porous low dielectric constant film measured by the polar gaseous substance, and P a2,1 is (measured by water The porosity of the porous low dielectric constant film before damage (volume of the adsorbed liquid), and P a1 is the porosity of the porous low dielectric constant film without damage measured using toluene, d 0 is the thickness of the film and d is the depth of wetting.

すでに述べたように、値Pa1は、低誘電率フィルムの多孔度および/または孔サイズを得ることができるよう、低誘電率フィルムについて多孔性材料に対する接触角または濡れ角が実質的にゼロに等しい第1のガス状物質で実行される第1の偏光測定から得られている。第1の吸着質は、窒素、トルエン、メタノール、またはベンゼンであってよい。値Pa2,2は、ダメージありの低誘電率フィルムについて極性分子を有する第2の吸着質またはガス状物質で実行される第2の偏光測定から得られている。第2の吸着質またはガス状物質は、水であってよい。値Pa2,1は、ダメージなしの(プラズマ・エッチングおよび/または剥離の前の)低誘電率フィルムについて極性分子を有する第2の吸着質またはガス状物質で実行される第3の偏光測定から得られている。 As already mentioned, the value P a1 is such that the contact angle or wetting angle with respect to the porous material is substantially zero for the low dielectric constant film so that the porosity and / or pore size of the low dielectric constant film can be obtained. Obtained from a first polarization measurement performed with an equal first gaseous substance. The first adsorbate may be nitrogen, toluene, methanol, or benzene. The values Pa2,2 are obtained from a second polarization measurement performed on a damaged low dielectric constant film with a second adsorbate or gaseous substance having polar molecules. The second adsorbate or gaseous substance may be water. The value P a2,1 is from a third polarization measurement performed with a second adsorbate or gaseous material having polar molecules for a low dielectric constant film (before plasma etching and / or stripping) without damage. Has been obtained.

(実施例1)
多孔低誘電率フィルムに吸着された水の量の割り出し
図5A〜5Eは、ダメージを受けていない基準となる低誘電率材料(自然のまま)および種々のプラズマ・エッチング処理後のSiOC(H)低誘電率材料(NCS)について、吸着/脱離アイソサームを示している。
Example 1
Determining the amount of water adsorbed on a porous low dielectric constant film FIGS. 5A-5E are reference non-damaged low dielectric constant materials (as is) and SiOC (H) after various plasma etching treatments. The adsorption / desorption isotherm is shown for a low dielectric constant material (NCS).

図5Aは、自然のままの材料とも称するダメージを受けていない基準となる低誘電率材料に吸着された水の量を示している。基準材料(この例では、自然のままの材料)においては、水の吸着はわずかしか生じておらず、大きな凝縮がなく、水の吸着部位がわずかな量しか存在していないことを反映している。これらの部位の数が限られている場合には、吸着された水の分子によって壁面に連続層が形成されることがないため、接触角は大きいままである。図5Aは、フィルムが、フィルムの体積に対してわずか4%の水しか吸着しないことを示している。   FIG. 5A shows the amount of water adsorbed on a non-damaged reference low dielectric constant material, also referred to as natural material. In the reference material (in this example, the natural material), there is little water adsorption, no large condensation, reflecting a small amount of water adsorption sites. Yes. When the number of these portions is limited, the contact angle remains large because the adsorbed water molecules do not form a continuous layer on the wall surface. FIG. 5A shows that the film adsorbs only 4% water relative to the film volume.

図5Bは、CF/Oプラズマ・エッチング後のSiOC(H)低誘電率材料(NCS)に吸着された水の量を示している。プラズマによるダメージに起因して低誘電率フィルムに吸着された水の量は、18%である。 FIG. 5B shows the amount of water adsorbed on the SiOC (H) low dielectric constant material (NCS) after CF 4 / O 2 plasma etching. The amount of water adsorbed on the low dielectric constant film due to plasma damage is 18%.

図5Cは、Cプラズマ・エッチング後のSiOC(H)低誘電率材料(NCS)に吸着された水の量を示している。プラズマによるダメージに起因して低誘電率フィルムに吸着された水の量は、9.5%である。 FIG. 5C shows the amount of water adsorbed on the SiOC (H) low dielectric constant material (NCS) after C 4 F 8 plasma etching. The amount of water adsorbed on the low dielectric constant film due to plasma damage is 9.5%.

図5Dは、CF標準プラズマ・エッチング後のSiOC(H)低誘電率材料(NCS)に吸着された水の量を示している。プラズマによるダメージに起因して低誘電率フィルムに吸着された水の量は、9%である。 FIG. 5D shows the amount of water adsorbed on the SiOC (H) low dielectric constant material (NCS) after CF 4 standard plasma etching. The amount of water adsorbed on the low dielectric constant film due to plasma damage is 9%.

図5Eは、HMDS処理後のSiOC(H)低誘電率材料(NCS)に吸着された水の量を示している。プラズマによるダメージに起因して低誘電率フィルムに吸着された水の量は、2.7%である。   FIG. 5E shows the amount of water adsorbed on the SiOC (H) low dielectric constant material (NCS) after HMDS treatment. The amount of water adsorbed on the low dielectric constant film due to plasma damage is 2.7%.

(実施例2)
多孔低誘電率フィルムにおけるダメージの程度および深さの判断
ウエハ上に堆積させた多孔低誘電率材料に、相互接続処理のためのビアおよびトレンチを異方性エッチングする(例えば、(デュアル)ダマシン構造を生成する)ため、標準的なエッチング処理を加える。この例で使用されるエッチング・プラズマは、CF、O、NおよびArを含んでいる。
(Example 2)
Determining the degree and depth of damage in porous low dielectric constant films Anisotropically etching vias and trenches for interconnect processing into porous low dielectric constant materials deposited on wafers (eg, (dual) damascene structures A standard etching process is applied. The etching plasma used in this example includes CF 4 , O 2 , N 2 and Ar.

上述の方法および以下の式を使用し、低誘電率フィルムにおけるダメージの深さを得ることができる。
a2,2*d=Pa1*d+Pa2,1*(d−d) (11)
ここで、Pa2,2は、例えば水である第2の吸着質を使用して測定されたダメージありの低誘電率フィルムの多孔度であり、Pa2,1は、(第2の吸着質を使用して測定された)ダメージ前の低誘電率フィルムの多孔度であり、Pa1は、例えばトルエンである第1の吸着質を使用して測定されたダメージなしの低誘電率フィルムの多孔度であり、dはフィルムの厚さであって、dは濡れの深さである。値Pa1は、低誘電率フィルムの多孔度および/または孔サイズを得ることができるよう、低誘電率フィルムについて第1の吸着質で実行される第1の偏光測定から得られている。値Pa2,2は、ダメージありの低誘電率フィルムについて第2の吸着質で実行される第2の偏光測定から得られている。値PWlは、ダメージなしの(プラズマ・エッチングおよび/または剥離の前の)低誘電率フィルムについて第2の吸着質で実行される第3の偏光測定から得られている。
Using the method described above and the following equation, the depth of damage in the low dielectric constant film can be obtained.
P a2,2 * d 0 = P a1 * d + P a2,1 * (d 0 −d) (11)
Here, P a2,2 is the porosity of the low dielectric constant film with damage measured using the second adsorbate, for example, water, and P a2,1 is (second adsorbate, Is the porosity of the low dielectric constant film before damage), and P a1 is the porosity of the non-damaged low dielectric constant film measured using the first adsorbate, for example toluene. Degrees, d 0 is the thickness of the film, and d is the depth of wetting. The value P a1 has been obtained from a first polarization measurement performed on the low dielectric constant film with the first adsorbate so that the porosity and / or pore size of the low dielectric constant film can be obtained. The values Pa2,2 are obtained from a second polarization measurement performed on the second adsorbate for a damaged low dielectric constant film. The value PWl is obtained from a third polarization measurement performed on the second adsorbate for a low dielectric constant film (before plasma etching and / or stripping) without damage.

偏光測定の結果から、14.2%のPa2,2値、4.2%のPa2,1値、および30%のPa1値が得られた。ローレンツ‐ローレンツの式を使用することによって、下記式(12)が得られる。 As a result of the polarization measurement, 14.2% P a2,2 value, 4.2% P a2,1 value, and 30% P a1 value were obtained. By using the Lorentz-Lorentz equation, the following equation (12) is obtained.

Figure 2006317442
Figure 2006317442

ここで、Vは吸着された水の体積であり、nrl、nads、およびnはそれぞれ、水が吸着されたフィルム、水、およびフィルムそのものの屈折率である。式(12)によって得られた値をフィルムの体積で除算し、これに100を乗算することによって、38.5%のダメージが得られる。これは、低誘電率フィルムの全厚さの38.5%がダメージを受けたことを示している。 Here, V is the volume of adsorbed water, and n rl , n ads , and n 2 are the refractive indexes of the film on which water is adsorbed, water, and the film itself, respectively. By dividing the value obtained by equation (12) by the volume of the film and multiplying it by 100, a damage of 38.5% is obtained. This indicates that 38.5% of the total thickness of the low dielectric constant film was damaged.

結論
本明細書において、さまざまな構成および実施の形態を説明してきた。しかしながら、以下の特許請求の範囲によって定められる本発明の真の技術的範囲および技術的思想から離れることなく、これらの構成および実施の形態について変更および変形が可能であることを、当業者であれば理解できるであろう。
CONCLUSION Various configurations and embodiments have been described herein. However, one of ordinary skill in the art appreciates that modifications and variations can be made to these configurations and embodiments without departing from the true scope and spirit of the invention as defined by the following claims. You will understand.

CF含有プラズマ、低出力でのC含有プラズマ、中間出力でのC含有プラズマ、および高出力でのC含有プラズマによるエッチング後のSiOC(H)低誘電率材料について、炭素の原子濃度についてのTOF‐SIMSデータを時間の関数として示す図である。CF 4 containing plasma, C 4 F 8 containing plasma at low power, C 4 F 8 containing plasma, and after etching by C 4 F 8 containing plasma at high output SiOC (H) low-k material in the intermediate output FIG. 5 shows TOF-SIMS data on the atomic concentration of carbon as a function of time. 偏光測定の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of polarization measurement. 偏光測定の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of polarization measurement. (ダメージありの)低誘電率フィルムについてのトルエンの吸着/脱離サイクル、(ダメージありの)低誘電率フィルムについての水蒸気の吸着/脱離サイクル、および自然のままの基準材料についての水蒸気の吸着/脱離サイクルを示す図である。Toluene adsorption / desorption cycle for (damaged) low dielectric constant films, water vapor adsorption / desorption cycle for (damaged) low dielectric constant films, and water vapor adsorption for intact reference materials FIG. 5 is a diagram showing a desorption cycle. 自然のままのダメージを受けていない基準となる低誘電率材料に吸着された水の量を示す図である。It is a figure which shows the quantity of the water adsorb | sucked to the low dielectric constant material used as the standard which has not received the natural damage. CF/Oプラズマ・エッチング後のSiOC(H)低誘電率材料(NCS)に吸着された水の量を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the amount of water adsorbed on a SiOC (H) low dielectric constant material (NCS) after CF 4 / O 2 plasma etching. プラズマ・エッチング後のSiOC(H)低誘電率材料(NCS)に吸着された水の量を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the amount of water adsorbed on a SiOC (H) low dielectric constant material (NCS) after C 4 F 8 plasma etching. CF標準プラズマ・エッチング後のSiOC(H)低誘電率材料(NCS)に吸着された水の量を示す図である。FIG. 5 shows the amount of water adsorbed on a SiOC (H) low dielectric constant material (NCS) after CF 4 standard plasma etching. ヘキサメチルジシラザン(HMDS)処理後のSiOC(H)低誘電率材料(NCS)に吸着された水の量を示す図である。It is a figure which shows the quantity of the water adsorb | sucked to the SiOC (H) low dielectric constant material (NCS) after a hexamethyldisilazane (HMDS) process.

Claims (10)

多孔性材料の親水性を定量化するための方法であって、
第1の濡れ角を有する第1の吸着質を使用して、多孔性材料について第1の偏光測定を実行するステップと、
多孔性材料に対して前記第1の濡れ角と異なる第2の濡れ角を有する第2の吸着質を使用して、多孔性材料について第2の偏光測定を実行するステップと、
前記第1および第2の偏光測定に少なくとも部分的に基づいて、多孔性材料の親水性を判断するステップと
を含んでいる方法。
A method for quantifying the hydrophilicity of a porous material, comprising:
Performing a first polarization measurement on the porous material using a first adsorbate having a first wetting angle;
Performing a second polarization measurement on the porous material using a second adsorbate having a second wetting angle different from the first wetting angle for the porous material;
Determining the hydrophilicity of the porous material based at least in part on the first and second polarization measurements.
前記第1の濡れ角が、実質的にゼロであり、前記第2の濡れ角が、ゼロから実質的に相違している請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first wetting angle is substantially zero and the second wetting angle is substantially different from zero. ダメージ処理前の多孔性材料について第3の偏光測定を実行するステップ
をさらに含んでおり、
該第3の偏光測定が、前記第2の吸着質を使用して行なわれる請求項1に記載の方法。
Further comprising performing a third polarization measurement on the porous material prior to damage treatment;
The method of claim 1, wherein the third polarization measurement is performed using the second adsorbate.
多孔性材料の親水性が、前記第1、第2、および第3の偏光測定に少なくとも部分的にもとづいて判断されるとともに、
前記親水性から多孔性材料のダメージの深さについての指標を割り出すステップ
をさらに含んでいる請求項3に記載の方法。
The hydrophilicity of the porous material is determined based at least in part on the first, second, and third polarization measurements;
4. The method of claim 3, further comprising determining an indication of the damage depth of the porous material from the hydrophilicity.
前記第1の濡れ角が、(i)5°未満、(ii)3°未満、および(iii)1°未満のうちの1つである請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first wetting angle is one of (i) less than 5 °, (ii) less than 3 °, and (iii) less than 1 °. 前記第1の吸着質が、窒素、トルエン、メタノール、およびベンゼンのうちの1つである請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the first adsorbate is one of nitrogen, toluene, methanol, and benzene. 前記第2の濡れ角が90°以上である請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the second wetting angle is 90 ° or more. 前記第2の吸着質が、極性分子を含んでいる請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the second adsorbate contains polar molecules. 前記第2の吸着質が、水、SOCl、および無機溶媒のうちの1つである請求項8に記載の方法。 The method of claim 8, wherein the second adsorbate is one of water, SOCl 2 , and an inorganic solvent. 前記多孔性材料が、低誘電率材料である請求項1に記載の方法。
The method of claim 1, wherein the porous material is a low dielectric constant material.
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