JP2018503119A - 堆積のモニタリングシステム及びその操作方法 - Google Patents

堆積のモニタリングシステム及びその操作方法 Download PDF

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Abstract

基板上に材料層を堆積するための堆積チャンバ、堆積中の材料層の層厚の変化に対して材料層の堆積をモニタリングするためのセンサアレイ、並びに、堆積中の層厚の変化に基づいて堆積パラメータを調整するための処理ユニットを含む、モニタリング・堆積制御システム及びその操作方法。【選択図】図２

Description

［０００１］ 本発明は概して、モニタリング・制御システムに関し、より具体的には、極紫外線リソグラフィマスクブランクを製造するためのシステムを含む、堆積システムで使用するためのモニタリング・プロセス制御システムに関する。
［０００２］ 極紫外線リソグラフィ（ＥＵＶＬ、軟Ｘ線投影リソグラフィとしても知られ、ＥＵＶと略称されることもある）とは、１４ｎｍ以下の小さい最小特徴サイズの半導体デバイスを製造するための深紫外線リソグラフィに取って代わる後継候補である。
［０００３］ しかしながら、一般的に５〜４０ナノメートルの波長範囲の極紫外線は、ほぼすべての物質で強く吸収される。そのため、極紫外線システムは、光の透過よりも反射によって機能する。非反射吸収マスクパターンで被覆された一連のミラー又はレンズ素子、及び反射素子又はマスクブランクを使用することで、パターン形成された化学光はレジストで被覆された半導体基板上で反射される。
［０００４］ 極紫外線リソグラフィシステムのレンズ素子及びマスクブランクは、モリブデン及びシリコン等の材料の多層反射コーティングで被覆される。例えば、１３ナノメートルの紫外線光に対して１２〜１４ナノメートルの帯域通過幅のように、極めて狭い紫外線帯域通過範囲内で基本的に単一の波長で強く反射させる多層コーティングで被覆された基板を使用することによって、レンズ素子又はマスクブランク当たり約６５％の反射率値が得られている。
［０００５］ 半導体処理技術には、マスクに問題を引き起こす様々な種類の欠陥がある。例えば、不透明欠陥（ｏｐａｑｕｅ ｄｅｆｅｃｔｓ）は通常、反射させるべき光を吸収する多層コーティング又はマスクパターン上部の粒子が原因で引き起こされる。透明欠陥（ｃｌｅａｒ ｄｅｆｅｃｔｓ）は通常、吸収するべき光を反射させる多層コーティング上部のマスクパターンにおけるピンホールが原因で引き起こされる。更に、多層コーティングの厚みと均一性は、最終マスクによって形成される画像を変形させない製造精度を必要とする。
［０００６］ 従来、深紫外線リソグラフィ用のマスクブランクは一般的にガラスで作られてきたが、極紫外線リソグラフィ用には代替として、シリコン又は超低熱膨張材料が提案されてきた。ブランクがガラス、超低熱膨張材料、又はシリコンで作られていても、マスクブランクの表面は、研磨剤による機械的研磨によって、可能な限り滑らかにすることができる。マスクブランク作成におけるもう１つの障害には、このようなプロセスで残されるスクラッチが含まれる。これは「スクラッチディグ」マークとも称され、その深さと幅は、マスクブランクの研磨に使用される研磨剤中の粒子の大きさに依存する。可視紫外線及び深紫外線リソグラフィでは、このようなスクラッチは小さすぎるため、半導体ウエハ上のパターンに位相欠陥を引き起こすことはない。しかしながら、極紫外線リソグラフィでは、スクラッチディグマークは位相欠陥として現れるため、重大な問題となる。
［０００７］ ＥＵＶリソグラフィには短い照明波長が必要なため、使用されるパターンマスクは、現在のリソグラフィで使用されている透過型マスクではなく、反射型マスクでなければならない。反射型マスクは、モリブデンとシリコンの薄層が交互に正確に積み重ねられたスタックからなり、ブラッグリフレクタ又はブラッグミラーを形成する。多層スタックと小さな特徴サイズの性質によって、層の均一性或いは多層スタックが堆積する基板の表面の欠陥は拡大され、最終製品に影響を及ぼす。数ナノメートル規模での欠陥は、最終マスク上で印刷可能な不具合として現れることがあり、多層スタックの堆積前にマスクブランクの表面から除去しなければならない。更に、堆積層の厚みと均一性は、最終の完成されたマスクを損なわないよう、非常に要求の厳しい仕様を満たさなければならない。
［０００８］ 電子部品の特徴サイズを更に小さくする必要があることを考えると、このような問題に対する答えを見出すことは益々重要になっている。市場でのかつてないほど競争圧力、並びに消費者の期待の高まりを考えると、このような問題に対する答えを見出すことは重要である。しかも、コストを引き下げ、効率と性能を改善し、競争圧力に対応することが欠かせないため、これらの問題に対する答えを見出すことは、必要性がきわめて高いだけでなく、緊急性も増している。
［０００９］ 長い間このような問題への解決策が求められてきたが、これまでの開発ではいかなる解決策も教示又は提案されてこなかったため、当業者はこれらの問題への解決策を長い間見出せずにいた。
［００１０］ 本発明は、基板上での材料層の堆積、堆積中に材料層の層厚を変えるための材料層の堆積のモニタリング、及び堆積中の材料層の層厚の変化に基づく堆積パラメータの調整を含む、モニタリング・堆積制御システムの操作方法を提供する。
［００１１］ 本発明は、基板上に材料層を堆積するための堆積チャンバ、堆積中に材料層の層厚を変えるための材料層の堆積をモニタリングするためのセンサアレイ、及び堆積中の層厚の変化に基づいて堆積パラメータを調整するための処理ユニットを含む、モニタリング・堆積制御システムを提供する。
［００１２］ 本発明の特定の実施形態は、上述したものに加えて、又はその代わりに他のステップ又は構成要素を有する。添付の図面を参照しながら、以下の詳細説明を読むことで、ステップ又は構成要素が当業者には明らかとなるであろう。
一体型極紫外線マスク製造システムである。 本発明の一実施形態によるモニタリング・堆積システムの系統図である。 図２のモニタリング・堆積システムに含まれるサブシステムの例示的なブロック図である。 本発明の第２の実施形態によるモニタリング・堆積システムの例示的な図である。 本発明の第３の実施形態によるモニタリング・堆積システムの例示的な図である。 本発明の更なる実施形態におけるモニタリング・堆積システムの操作方法の例である。
［００１９］ 以下の実施形態は、当業者が本発明を作製し使用することが可能になるように、十分詳細に説明されている。本開示に基づき他の実施形態も自明であり、本発明の範囲から逸脱することなく、システム、プロセス、又は機械的変更を行うことが可能であることを理解されたい。
［００２０］ 以下の記述では、本発明の完全な理解を促すために多数の具体的な詳細が提供される。しかしながら、本発明がこれら具体的な詳細なしに実施可能であることは明らかであろう。本発明が曖昧になるのを避けるため、幾つかの公知の回路、システム設定、及びプロセスステップについては詳細には開示していない。
［００２１］ システムの実施形態を示す図面は、やや概略的なものであり、縮尺どおりに描かれているわけではない。特に、幾つかの寸法は、明確に表示するために、図面内で誇張して示されている。同様に、説明しやすくするために、図面はおおむね同じような配向で示されているが、このような図示はほとんどの部分において任意のものである。本発明は一般的に、いかなる配向においても動作可能である。
［００２２］ 幾つかの共通している特徴を有する複数の実施形態が開示され、記載されるが、これら実施形態の例示、説明を明解にし、簡単に理解できるようにするために、同様の類似する特徴は同じ参照番号で記載される。
［００２３］ 解説のために、本明細書で使用する「水平」という語は、その配向性とは関係なく、マスクブランク又は基板の平面又は表面に平行する面として定義される。「垂直」という語は、ここで定義されたように水平に対して垂直の方向を指すものである。例えば「上（ａｂｏｖｅ）」、「下（ｂｅｌｏｗ）」、「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「上部（ｔｏｐ）」、（「側壁」等における）「側方（ｓｉｄｅ）」、「高い（ｈｉｇｈｅｒ）」、「低い（ｌｏｗｅｒ）」、「上方（ｕｐｐｅｒ）」、「上側（ｏｖｅｒ）」、「下側（ｕｎｄｅｒ）」等の語は、図に示すように、水平面に対して定義される。「の上（ｏｎ）」という語は、要素間で直接の接触があることを示す。
［００２４］ 本明細書で使用される「処理」という用語は、記載された構造体を形成するために必要とされる、材料又はフォトレジストの堆積、並びに、材料又はフォトレジストのパターニング、露出、現像、エッチング、洗浄、及び／又は除去を含む。
［００２５］ 本発明の実施形態は、ＥＵＶリソグラフィ用の反射型マスクブランクを作成するために使用される、シリコンとモリブデンの超薄層の正確な堆積制御と計測のためのシステム及び方法を含む。
［００２６］ ＥＵＶマスクブランク用のＭｏ／Ｓｉスタックの堆積制御の問題に対して解決策を導入することが、本発明の実施形態の目標である。本発明の実施形態は、インシトゥブロードバンド反射率測定法を含み、この方法では、層の厚み及び堆積速度に関する情報を刷新する理論的なモデルと連動して、試料が変更された照明源の反射スペクトルが常にモニタされる。この結果得られる厚み及び堆積速度の情報はまた、堆積プロセスの制御を改善し、マスクブランクの性能を最適化するため、プロセスツールにフィードバック可能である。
［００２７］ 分光分析反射率測定システムは、光と試料との相互作用による特定の波長での光の強度変調の原理に基づいて動作する。このようなシステムにおける決定論的な要因は、誘電体内を伝播する光の位相の偏移であることが多い。しかしながら、Ｍｏ／Ｓｉスタックの場合には、材料は共に、スペクトルのＤＵＶ−ＮＩＲ領域の少なくとも一部に対して大きく減衰する。これが実際に意味することは、スタックの反射率が堆積膜の最も極微なレベルでさえも変化することがあり、これはモニタリングシステムの高い感度では重要な要因となるということである。
［００２８］ ここで、図１を参照すると、一体型の極紫外線マスク製造システム１００の一実施例が示されている。一体型ＥＵＶマスク製造システム１００は、基板１０４又は複数の基板が装填される基板ローディング及びキャリアハンドリングシステム１０２を含む。エアロック１０６により、ウエハハンドリング真空チャンバ１０８へのアクセスが提供される。図示した一実施形態では、ウエハハンドリング真空チャンバ１０８は、第１の真空チャンバ１１０と第２の真空チャンバ１１２の２つの真空チャンバを含む。第１の真空チャンバ１１０内には第１のウエハハンドリングシステム１１４があり、第２の真空チャンバ１１２内には第２のウエハハンドリングシステム１１６がある。
［００２９］ ウエハハンドリング真空チャンバ１０８は、様々な他のシステムを取り付けるためにその外縁に複数のポートを有する。第１の真空チャンバ１１０は、ガス抜きシステム１１８、第１の物理的気相堆積システム１２０、第２の物理的気相堆積システム１２２、検査チャンバ１１１、及び予洗浄システム１２４を有しうる。基板１０４の堆積後、欠陥及び誤差を検出するため、基板１０４は検査チャンバ１１１へ移送される。
［００３０］ 第２の真空チャンバ１１２は、第２の真空チャンバ１１２に接続された第１のマルチカソードソース１２６、流動性化学気相堆積（ＦＣＶＤ）システム１２８、硬化システム１３０、及び第２のマルチカソードソース１３２を有する。
［００３１］ 第１のウエハハンドリングシステム１１４は、連続的な真空下で、エアロック１０６及び第１の真空チャンバ１１０の外縁周辺の様々なサブシステムの中で、スリットバルブを介して、ウエハ１３４などのウエハを移動させることができる。第２のウエハハンドリングシステム１１６は、連続的な真空下でウエハを保持している間に、第２の真空チャンバ１１２の周辺でウエハ１３６などのウエハを移動させることができる。一体型ＥＵＶマスク製造システム１００は、ＥＵＶマスクの製造に理想的な環境を提供することが明らかになっている。
［００３２］ ここで図２を参照すると、本発明の実施形態のモニタリング・堆積管理システム２００の系統図が示されている。モニタリング・堆積制御システム２００は、例えば、第１の物理的気相堆積システム１２０、第２の物理的気相堆積システム１２２、又は流動性化学気相堆積システム１２８と併せて使用可能である。モニタリング・堆積制御システム２００は、例えば、ＥＵＶＬ又はＥＵＶブランク上で、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）を含む多層堆積のインシトゥ計測及び制御のために使用可能である。明確にするため、ブランク及びマスクブランクという用語は同等とみなされる。モニタリング・堆積制御システム２００は、層厚欠陥、均一性仕様の逸脱、基板表面及び各堆積層表面などの表面欠陥の検出に使用可能である。
［００３３］ 例えば、モニタリング・堆積制御システム２００は、図１の第１の物理的気相堆積システム１２０、図１の第２の物理的気相堆積システム１２２、又は図１の流動性化学気相堆積システム１２８など、堆積チャンバ２０３の全体設計に、マルチスペクトル反射率測定システム２０２を組み込むことによって実装可能である。マルチスペクトル反射率測定システム２０２などの一体型反射率測定システムは、ＥＵＶＬ又はＥＵＶマスクの作成中に、Ｍｏ／Ｓｉ多層スタックのインシトゥモニタリングと制御を可能にすることが明らかになっている。この実施形態では、マルチスペクトル反射率測定システム２０２はファイバで連結されており、光ファイバは使用されていないが、他の実施形態も可能であると理解される。説明を明快にするため、マルチスペクトル反射率測定システム２０２が堆積チャンバ２０３の最も外側に示されているが、マルチスペクトル反射率測定システム２０２は、例えば、全体が堆積チャンバ２０３内にあってもよいと理解される。
［００３４］ この実施例では、モニタリング・堆積制御システム２００は、２つ以上のＵＶグレードマルチモードファイバに光を照射することを目的としたキセノン（Ｘｅ）光源を含む広帯域パルス光源などの光源２０４を含みうる。この実施例では、光源２０４は参照ファイバ２０６と基板照明ファイバ２０８に向けられている。参照ファイバ２０６は、ＣＣＤベースのマルチチャネル分光光度計などの分光光度計２１０の入力スリットに直接入る。基板照明ファイバ２０８は、例えば、堆積チャンバ２０３へ向けることができ、ここで光出力２１４はレンズや反射システムなどのコリメータ２１２によって、ＥＵＶＬマスクブランクなどの基板２１６の表面に向かってコリメートされる。説明のため基板照明ファイバ２０８の一例を示しているが、適用要件に応じて、複数の基板照明ファイバ２０８が使用されうることを理解されたい。
［００３５］ 基板２１６の表面からの反射光２１８は、コリメータ２１２の光軸の周りに対称に並んで保持される集光ファイバ２２０によって、集められる。次に、反射光２１８は、分光光度計２１０の入力スリットに向かって配向され、参照ファイバ２０６から離れるが、これに沿うように配置される。この例では、光出力２１４と反射光２１８は図中で矢印によって示されているが、その方向は、基板２１６で光が反射したとき、光線の進む方向を示している。実施例の図からわかるように、コリメータ２１２は光出力２１４と反射光２１８を屈折させ、その進行方向を変えるように作用しうる。
［００３６］ 基板２１６上の別の場所に向けて他のファイバを配向することも可能で、これにより、基板２１６上の複数の場所を同時にモニタすることが可能であることが明らかになっている。モニタリング・堆積制御システム２００はまた、他のファイバとＣＣＤの構成、能動及び受動センサ、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ、可視光センサ、明視野及び暗視野顕微鏡、Ｘ線反射システム、ＵＶ−ＥＵＶ光反射システム、レーザー散乱システム、又はこれらの組み合わせを含む、他のシステムを含みうる。光源２０４、基板照明ファイバ２０８、参照ファイバ２０６、集光ファイバ２２０、及び分光光度計２１０は、マルチスペクトル反射率測定システム２０２とみなされてもよく、センサアレイと称されることもある。
［００３７］ 例示のため、すべての読取値は基板２１６からのものとして説明されているが、例えば、基板２１６の上面には、多数のモリブデンとシリコンの材料層からなる多層スタックが存在しうると理解されたい。表面をモニタするプロセスは、それが基板２１６の表面であるか、任意の材料層の表面であるかを判断することと同じである。モニタリングプロセスは、基板２１６への材料層の堆積中に連続的であってもよい。
［００３８］ モニタリング・堆積制御システム２００は最初に、多層スタックの堆積が起こる前のシリコン片などの基準試料に対して較正されうる。例えば、光源２０４は規則的な間隔で（例えば、１００ミリ秒（ｍｓｅｃ）ごとに）拍動し、反射光２１８のスペクトルは分光光度計２１０で読み取られ、基準試料との対比で解析される。モデルに基づく曲線適合アルゴリズムは、例えば、堆積チャンバ２０３内に堆積する層の厚みに関しては、データに対して最良な適合に到達するように使用される。
［００３９］ 光スペクトルデータの品質制御を確保するには、様々な手続きがある。例えば、データの有効性と品質を確保するための手続きには、ａ）基板照明ファイバ２０８と参照ファイバ２０６が、光源２０４の真正面で粗面化した石英片の形態にあるモードスクランブラー（ディフューザー２２２など）を使用して実現される光源から、同一の光スペクトルを受け取ることを保証すること、ｂ）光のレベル／スペクトルの変動を除去するため、参照ファイバ２０６の光に対して、集光ファイバ２２０からの光のスペクトルを正規化すること、並びに、ｃ）光再開ステージでの不安定性の影響を軽減するため、反射光２１８の波長平均光に対して、光出力２１４のスペクトルを正規化することを含む。
［００４０］ 例えば、プロセスのモニタリングは、（光源２０４からの外部パルス光又は断続光を適用せずに）分光光度計２１０を使用して、チャンバ内での照明の背景レベルの実際の値を読み取り、（例えば、プラズマからの）背景光子が測定光子から分離できるように補償することを含む。光源２０４からの閃光後、信号は分光光度計２１０で記録することができる。次に、閃光なしで信号が捕捉される。背景情報を取り除くため、分光光度計２１０に接続された処理ユニットによって、閃光なしの信号が閃光信号から差し引くことができる。本方法は、例えば、堆積チャンバ２０３内の光源からプラズマの発光を明らかにするために使用可能である。本方法は、別のプロセス制御測定で有用となりうるチャンバの背景条件をモニタするために使用可能である。
［００４１］ 加えて、モニタリング・堆積制御システム２００の感度を改善するための信号対ノイズ比を高めるため、参照ファイバ２０６が利用できる。信号対ノイズ比を高める方法の一例として、分光光度計２１０で受信した光スペクトルをその波長平均に正規化する方法がある。これは、光出力２１４の送達又は反射光２１８の集光中に、色消し偏移（ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｓｈｉｆｔｓ）によって引き起こされる不安定性を最小限に抑えるのに役立つ。
［００４２］ 信号対ノイズ比を高める方法の第２の例として、反射光２１８のスペクトルを参照ファイバ２０６から受信した光に対して正規化する方法がある。これは、光源２０４自体に由来する任意の光レベル／スペクトルの変動を除去しうる。例えば、参照ファイバ２０６の機能は、光源２０４（パルス状のキセノンフラッシュランプ光源など）の随所での任意の変動を追跡かつ補償し、このような変動をデータから取り除くことである。
［００４３］ 上述の実施例が共に信号対ノイズ比を高めるために使用される場合には、モニタリング・堆積制御システム２００は、１秒未満のスキャニングで、０．１A（オングストローム）を上回る、３シグマ（３標準偏差以内）の厚み感度をその場で実現できることが明らかになっている。この高レベルの感度を実現するのに、光源２０４のわずか数個のパルスしか必要とせず、本書執筆の時点では、１秒未満の検査又はスキャニングで、このレベルの感度に到達しうる他のシステムは存在しないことが明らかになっている。
［００４４］ 更に、モニタリング・堆積制御システム２００の実施形態には、任意の所定の時刻に、或いは同時に表面上の２か所以上の位置での測定が含まれる。更に、モニタリング・堆積制御システム２００は、最初に１つの位置で測定を行い、次に別の位置に移動することができる。別の態様では、基板２１６上の複数の位置を同時に測定するように、複数のファイバを配置することができる。例えば、基板２１６の中心位置は、基板２１６のエッジ近傍の外周位置と平行して測定することができる。
［００４５］ 基板２１６又はマスクは、膜堆積中に、回転チャック上に装着可能で、一又は複数の半径方向の距離にある一又は複数の測定点は、基板２１６又はマスクの周囲の一又は複数の方位角円弧上で、厚み及び他の膜又はマスクの特性点を測定できることが明らかになっている。更に、基板２１６を横断する複数の点での厚みの測定は、基板２１６の均一性の測定をもたらすことが明らかになっている。均一性は、基板２１６を横断する距離の関数となる材料の厚み測定値である。
［００４６］ モニタリング・堆積制御システム２００は、基板２１６上のＭｏ／Ｓｉ多層スタックの厚みの非常に小さな変化を検出するため、分光光度計２１０による読取値として、反射光２１８の反射スペクトルを使用できることが明らかになっている。例えば、反射光２１８の反射スペクトルは、注意深く読むことで、０．１A又はこれを下回る程度の小さな誤差を充分に決定することができる。モニタリング・堆積制御システム２００は、例えば、ＵＶからＩＲまで（およそ２００ｎｍ〜８００ｎｍ）の範囲の波長を利用することができる。
［００４７］ 例えば、第１のスペクトル（被減数）と第２のスペクトル（減数）との比率は計算可能で、これにより、反射光２１８の反射スペクトルの変化を検出することができる。この反射スペクトル比は、０．１A又はこれを下回る程度の小さな誤差を確実に検出できることが明らかになっている。これにより、検出の問題は、ａ）光源２０４からのショットノイズを克服できる十分な光があること、ｂ）光源２０４の不安定性（光源２０４からの光出力２１４の変動は除去されている）、並びに、ｃ）振動及び変動に関連する他のシステムが説明されていること、を保証する問題に集約されることも明らかになっている。
［００４８］ ここで図３を参照すると、図２のモニタリング・堆積システム２００内に含まれるサブシステムの一部の例示的なブロック図が示されている。モニタリング・堆積システム２００は、反射率計の信号処理と図２の堆積チャンバ２０３内用の電源との間のハードウェア接続又はハードウェア直接制御システム３２４を含みうる。ハードウェア直接制御システム３２４は、ソフトウェア制御システムとこれに関連する待ち時間を調べるのではなく、堆積チャンバ２０３の電源を直接制御しうる。
［００４９］ 例えば、ミリ秒の待ち時間は、堆積プロセスでは重大な影響を及ぼす。ハードウェア直接制御システム３２４は、堆積層の端部を検出し、或いは堆積層の差し迫った端部を検出し、ハードウェア接続を介して直接電源を遮断する能力を含む制御器を含みうる。
［００５０］ 更に、堆積精度を改善するため、専用の電源は、例えば、デジタルトリガなどのハードウェア直接制御システム３２４の形態にあるコンピュータから、直接入力を得ることができうる。例えば、コンピュータは、図２の分光光度計２１０で図２の反射光２１８を受信した後、スペクトル計算を行うＤＳＰチップを使用するなどして、直接切断することができる。この方法は、スペクトル情報を取得してから、ウエハ又は基板上に結果を作り出すための動作までの待ち時間（ｌａｔｅｎｃｙ）遅延を短縮することができる。
［００５１］ オペレーティングシステムを有する従来のコンピューティングシステムでは、数百ミリ秒のばらつきが生じる。例えば、本開示の実施形態のハードウェア直接制御システム３２４は、待ち時間を数十ミリ秒までに短縮するため、リアルタイム又は擬似リアルタイムのオペレーティングシステムを含むことができる。更に、ハードウェア直接制御システム３２４を備える実施形態は、待ち時間をサブミリ秒レベルまで短縮することができる。例えば、ハードウェア直接制御システム３２４は、堆積層の終了と電力遮断との間の待ち時間を、堆積プロセスの精度に必要となる時間よりも更に速いレスポンスであるナノ秒まで短縮できる、電力直接遮断システムであってもよいことが明らかになっている。
［００５２］ 更に、モニタリング・堆積システム２００は、図２の基板２１６への堆積開始時の堆積速度を調整するためのチューニングシステム３２６を含みうる。各層の厚みの制御を試みる代わりに、チューニングシステム３２６は、堆積プロセスの較正又は調整で使用される試験層又はダミー層として使用可能な層を、堆積開始時に堆積できることが明らかになっている。
［００５３］ 例えば、一又は複数の試験層の各々の厚みの測定は、堆積速度が速すぎるか遅すぎるかを判断するチューニングシステム３２６によって実行可能である。ダミー層又は試験層は、堆積速度を調整することができる。付加的なダミー層の更なる堆積は、例えば、図１の第１の物理的気相堆積システム１２０、図１の第２の物理的気相堆積システム１２２、又は図１の流動性化学気相堆積システム１２８など、特定の堆積機械又は堆積チャンバ２０３に関して、厚みに対する正確な堆積速度が較正され、適正なレベルに調整されているかどうかを確かめることができる。
［００５４］ 試験層は、個々のＭｏ層とＳｉ層に対して作ることができる。例えば、第１のＭｏ層は堆積可能で、厚みをモニタすることができる。次に、第１のＳｉ層は堆積可能で、厚みをモニタすることができる。別の試験層のペアが堆積可能で、残りの層の堆積前に正確であることを確認することができる。試験層が基準から外れている（厚みが正しくない）場合には、精度を高めるため、堆積機械又はチャンバを調整することができる。
［００５５］ チューニングシステム３２６はまた、試験層又は基板２１６が載っているチャックに埋め込まれた基準試料を利用することができる。例えば、この基準試料は、既知のスペクトル応答を有するシリコン又は熱酸化物であってもよく、この基準試料の読取値は、光の供給と集光経路に由来するスペクトルの歪みを定期的に修正するため、分光光度計２１０の較正に使用することができる。例えば、基準試料は、チャックの表面と同一平面上にあるように、或いはチャックが全体的に基準試料として使用される材料で作られるか、その材料で覆われるように、埋め込まれる。また、例えば、完成されたＥＵＶマスクと同じ高さと形状因子を有する分離された基準試料は、埋め込まれた基準試料と実際のＥＵＶマスク多層スタックとの間の高さの差を補償するように使用することができる。
［００５６］ チャック上又はチャックに埋め込まれたこの基準試料は、膜堆積の前に迅速かつ容易に分光光度計２１０を較正することができる。基準試料は既知のスペクトル応答を有するため、光学経路内の歪みを必要に応じて修正することができる。予想されるスペクトル応答は、受信した光のスペクトルから容易に差し引くことができ、堆積した表面からのずれに基づく読取値から差し引くときに必要となる歪みの像を得ることができる。
［００５７］ チューニングシステム３２６はまた、実際の厚みの重大な変化から、基板２１６の表面上の堆積層の屈折率（Ｎ）及び吸収率（Ｋ）の変化を分離するために使用することができる。例えば、光伝送の個々の測定は、チャック内又はチャックの下のカバーされた光検出器によって実行可能である。光検出器がチャックの下にある場合には、チャック内の開孔は、試料を経由して光検出器まで光を通すことができる。チャック、基板２１６、及び堆積層は回転するため、一又は複数の開孔の適正な設計によって、連続的な測定が可能になる。
［００５８］ また、例えば、光検出器はチャック自体に埋め込むこともできる。いずれの場合でも、光検出器のデータは、無線によって、或いはチャック自体に接続されたある種の回転結合によって、伝送可能である。別の実施例として、厚みの変化から屈折率及び吸収率の変化の識別に役立てるため、異なる波長で追加の測定が実行可能である。ＥＵＶマスクブランクの光学特性（例えば、屈折率及び吸収率）は、ＥＵＶ波長において最も重要となるが、例えば、大型で非効率な上に、非常に高価な光源を必要とするＥＵＶ波長での測定に代わる安価な代替として、ＥＵＶ光学特性に影響を及ぼしうる材料特性の変化を検出するには、他の波長での光学特性を正確に測定することが有益である。他の波長での測定はまた、層粘着力のような膜特性に影響を及ぼしうる膜組成の変化の指標となり、屈折率の変化から膜厚の変化を識別する、すなわち、堆積膜の屈折率の変化によって引き起こされる光学経路の変化による膜厚の変化を分離する役割を果たしうる。
［００５９］ 例えば、光学特性の測定精度を高めるには、光源２０４に加えて、一又は複数のより広帯域の光源又はコヒーレントな光源で測定した反射率を組み合わせるのが有効であることが明らかになっている。一又は複数の強力なコヒーレント光源は、例えば、ある重要な波長での測定精度を高めるために使用可能である。例えば、分光光度計２１０は、ウエハの他の光源からのスペクトル反射率を検出するために使用可能で、すなわち、別の検出器が使用可能である。
［００６０］ 異なる波長で追加の測定を行うことで、層厚の重要な変化から、堆積層の特性には影響を及ぼさない変化を分離できることが明らかになっている。例えば、用途によっては、堆積層の１つの屈折率が変化することは重要なことではなく、したがって、このような変化を検出することは可能で、無視しても支障はないが、その一方で、厚みの変化は警告を引き起こし、堆積プロセスを強制的に停止することがある。したがって、このプロセスは材料を節約することができるが、また一方では、品質管理を犠牲にする必要がない。
［００６１］ モニタリング・堆積システム２００の中には、長期追跡システム３２８がある。長期追跡システム３２８は、各堆積層のエンドポイントを測定及び追跡し、また、複数の基板から厚みと正確な読取値を測定して、複数の基板の平均値から情報を提供するための別の技術を実装することが可能である。これは、複数のＥＵＶＬマスクの製造中でも、複数のＥＵＶＬマスクにわたって、基板２１６上の所定の層の層厚が追跡可能であることを意味する。例えば、基板２１６の堆積セッションの試料を１０セッションにわたってモニタした読取値から、各基板で層数３６の堆積は薄すぎると判断することができる。
［００６２］ 長期追跡システム３２８は堆積プロセス中の系統誤差を特定することができ、問題となっている層を調整して、任意の系統的ドリフト又は問題点を補正するため、当該堆積プロセスは調整可能であることが明らかになっている。長期追跡システム３２８を使用する利点は、長時間にわたりドリフトを補償するため、堆積プロセスを調整する方法の決定により多くのデータが使用されることにある。したがって、多数の堆積セッションの追跡から得られたデータによって、モニタリング・堆積システム２００の堆積速度の初期調整が可能になり、これにより、モニタリング・堆積システム２００を含むマシン上での時間の経過を補償すること、並びに、プロセス中の他の変動を補償することができる。更に、追跡データは、多数の堆積セッションを介して、基板２１６上での一連の堆積中に各層に発生する系統的ドリフトを補償するように使用可能である。
［００６３］ モニタリング・堆積システム２００の長期追跡システム３２８による堆積プロセスのインシトゥモニタリングは、例えば、堆積チャンバ２０３などの個々の堆積チャンバの性能特性の履歴を提供することも明らかになっている。性能は、堆積チャンバ２０３がクリーンになったときに測定可能で、また、チャンバが長時間にわたる複数のセッション後に使用されたときにも測定される。インシトゥモニタリングはまた、洗浄や交換部品の品質など、チャンバの状態の変化を明らかにすることができる。同一開始の条件がなくても、堆積プロセスは基板ごとにある程度ドリフトする傾向があることは、長期追跡システム３２によってモニタ可能である。
［００６４］ 更に、モニタリング・堆積システム２００は、回転チャック上で基板２１６の傾きを補償することができる傾き補償システム３３０を含みうることが明らかになっている。傾き補償システム３３０は、傾きセンサ３３２を含む。傾きセンサ３３２は、基板２１６上の１点で測定を行い、例えば円形トラックに関する情報を提供することができる。
［００６５］ 基板２１６が平らでない（例えば、水平ではなく、水平位置に対して傾いている）場合には、傾きセンサ３３２からのデータ読取値は基板２１６の傾きによって変動を示し、この変動はいずれかの堆積層の厚みに誤差を引き起こしうる。基板２１６の傾きをモニタすることで、傾き補償システム３３０は、堆積層の厚みと共に発生する誤差を補償することができる。傾き補償システム３３０は、回転チャックの傾きを調整し、基板２１６の搖動を最小限に抑える機構を含みうる。更なる実施例として、傾き補償システム３３０はまた、モニタリング・堆積システム２００の別の部分に補償のための搖動を導入することによって、任意の搖動を補償するように使用することもできる。別の実施例として、傾きセンサ３３２は、傾き補償システム３３０によって使用可能で、補償が不十分で回転チャック上での点検が必要となる点に、回転チャックの傾斜角がいつ到達したかを決定することができる。傾き補償システム３３０は、点検が実行されるように、堆積プロセスに停止の信号を送ることができる。
［００６６］ モニタリング・堆積システム２００はまた、処理ユニット３３３を含みうる。処理ユニット３３３は、モニタリング・堆積システム２００内の他のサブシステムのいずれか又はすべてと連係して動作することができる。処理ユニット３３３は、仕様を逸脱した厚みの変化又は誤差の判定を受け取り、検出した厚みの誤差又は変化を必要に応じて補正するように堆積パラメータを調整することができる。処理ユニット３３３はまた、致命的な誤差を検出して、例えば、堆積チャンバ２０３から不完全な材料層を取り除くように、現在の基板に信号を発することができる。
［００６７］ ここで図４を参照すると、本発明の第２の実施形態によるモニタリング・堆積システム４００の実施例の図が示されている。この実施例の図は、用途又は堆積プロセスの材料層４３０を含むことができる。モニタリング・堆積システム４００は、インシトゥで動作しうる。
［００６８］ 材料層４３０は、基板４１６の上及びチャック４３２の上方に堆積した膜又は材料を含みうる。例えば、材料層４３０は、平坦化層、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）、又はＥＵＶＬマスクの製造で使用される他の材料を含みうる。第１の（底部）層は、基板４１６の基板上面に直接堆積しうる。
［００６９］ 材料層４３０は、層上面及び層厚４３４を有しうる。層上面は、基板４１６上に堆積する材料層４３０の最も上の例の上面である。例えば、層上面は、基板４１６上に堆積した第１の層の上面であってもよい。
［００７０］ 別の実施例として、基板４１６の多層スタックの９０番目の層が最上層である場合には、層上面はまた９０番目の材料層の上面を含みうると理解されたい。層厚４３４は、垂直に測定した材料層４３０の厚みである。例えば、基板４１６上のシリコンからなる材料層４３０の層厚４３４は、３〜４ｎｍの厚みになりうる。
［００７１］ モニタリング・堆積システム４００は、例えば、層上面及び基板上面に対して４５度の角度で配向されたセンサアレイ４３６又はセンサアセンブリを含みうる。この実施例では、センサアレイ４３６は、堆積チャンバ（例えば、図１の第１の物理的気相堆積システム１２０、図１の第２の物理的気相堆積システム１２２、又は図１の流動性化学気相堆積システム１２８）の左側に配置された光源４０４、及び分光光度計４２０又は堆積チャンバの右側に配置された検出器を含みうる。実施例の図は、層上面で４５度の角度で反射し、分光光度計４２０で受信される放射又は光（点線で表わす）を示している。層上面の「×」は、センサアレイ４３６によって解析される点を示している。材料層４３０を完全に解析するため、チャック４３２、センサアレイ４３６、又はその両方を移動することができる。
［００７２］ センサアレイ４３６は分光光度計又は反射率計として動作することができ、多層スタック内の複数の層の光学特性の逸脱をモニタし、制御できることが明らかになっている。センサアレイ４３６は、光学品質の全体的な測定としてブラッグピークの位置決定などの技術によって、材料層４３０の多くの多層スタック内で回折干渉効果をモニタすることができる。反射率計の測定値は、センサアレイ４３６を使用して行われる測定のすべてがＥＵＶ波長で行われるわけではないため、特定のプロセス制御問題にフラグを付けるため、注意深く適用しなければならないことが明らかになっている。ＥＵＶブランクの光学品質は、注目しているＥＵＶ波長で最も良い状態で測定されることが明らかになっている。
［００７３］ ここで図５を参照すると、本発明の第３の実施形態によるモニタリング・堆積システム５００の例図が示されている。実施例の図は、基板５１６上に堆積した多層スタックを示すことができる。実施例の図は、基板５１６、多層スタック５３０（例えば、図４の材料層４３０の多くを含む）、多層スタック５３０の層上面、シリコン層５３８、及びモリブデン層５４０を含みうる。多層スタック５３０内には、シリコン層とモリブデン層が多数存在するが、例示のため２つの層にラベルをつけた、と理解されたい。多層スタック５３０内の各層は、材料層４３０の例となりうる。
［００７４］ この実施例の図は、図４に示されているように別々ではなく、１つのアセンブリ（センサアレイ５３６）の中に収納された光源５０４と分光光度計５１０を含むことができる。コリメータ５１２は、基板５１６とセンサアレイ５３６の間にあってもよい。光源５０４と分光光度計５１０は、層上面に対して４５度の角度で、或いは可能な限り多くの情報を取得するのに必要な任意の角度で、放射を反射及び受信するように、センサアレイ５３６内に配向されうる。この実施例では、光源５０４はコリメータ５１２を通過するように向けられている。
［００７５］ ここで図６を参照すると、本発明のさらなる実施形態のモニタリング・堆積システム２００、４００、又は５００の操作の方法６００の実施例が示されている。操作の方法６００は、ブロック６４２で基板を提供することを含みうる。基板は図４のチャック４３２、例えば回転静電チャックの上に配置しうる。
［００７６］ 基板は、例えば、ブロック６４４でセンサアレイ４３６、すなわち図４のアセンブリによってスキャンされうる。スキャンは、厚みの問題点、欠陥、及び粒子、例えば、基板上面のくぼみ、溝、擦り傷、塊り、変形、ストーン（ｓｔｏｎｅｓ）、ボールダー（ｂｏｕｌｄｅｒｓ）、及びピット（ｐｉｔｓ）などを検出するための、任意の能動的、受動的、又は反射システムを含みうる。例えば、センサアレイ４３６又はアセンブリは、図４の光源４０４、例えば、Ｘｅランプ光源を含みうる。何らかの欠陥が検出されると、基板はブロック６４６で洗浄されるか、交換されうる。洗浄又は交換が必要な場合には、欠陥のない基板を使用して再開するため、プロセスは最初に戻ることがある。
［００７７］ 欠陥のない基板をスキャンした後、図４の材料層４３０などの材料層は、ブロック６４８の堆積プロセスで基板の上に形成又は適用されうる。材料層の堆積には、ＣＶＤ、ＰＬＤ、ＡＬＤ、及びＦＣＶＤ法があって、材料層を基板の上に堆積することができる。様々な実施形態では、材料層は、例えば、シリコン又はモリブデンを含みうる。また、例えば、Ｓｉ層及びＭｏ層は、多数の材料層からなる多層スタック内で交互に堆積されうる。
［００７８］ 多層スタックは、ブロック６５０で堆積プロセス中にモニタされうる。ブロック６５０でのモニタリングは、例えば、図２の光源２０４、図２のコリメータ２１２、及び図２の分光光度計２１０を用いて行う、連続スキャン、或いは堆積層の各々又はすべてが完成した後の１回のスキャンを含みうる。モニタリングはまた、例えば、センサアレイ４３６を用いて行うことが可能である。多層スタックのモニタリングは、全堆積プロセス中で連続的に行われてもよい。多層スタックの連続スキャン又は層ごとのスキャンは、各材料層のスペクトルの特徴を生成しうる。各材料層のスペクトルの特徴は、解析のため記録されうることが明らかになっている。
［００７９］ 一例として、膜堆積速度は、多層スタック中に層の完全なスタックを堆積する前に堆積した一又は複数のダミー試験膜からのフィードバックによって、完全な堆積の前に調整可能である。試験膜又は試験層の堆積後、例えば、堆積が予想どおりに進行しているか否かを判断するため、これらの層はスキャンすることができる。別の例としては、スキャン中に基板上の厚みの結果を空間的に平均化するため、基板は回転静電チャック上で回転することができる。このようなスキャンの結果、膜堆積の均一性を最適化するため、堆積プロセスの調整が可能である。
［００８０］ 堆積中の多層スタックの連続スキャンにより、各層に対してリアルタイムでの層の最適化が可能である。堆積時及び堆積中の自然な変動により、通常プロセスの最適化は、層厚が許容しうるパラメータの範囲内に留まっていることを保証するためには非常に有用である。例えば、厚みの最適化は、１つの層（堆積中の厚みフィードバックに基づくエンドポイントごとの層堆積）内で、層（次の層の堆積のプロセスを最適化するため、１つの層の結果を使用する）ごとに、又はスタック（次のスタックの堆積プロセスを最適化するため１つのスタックの結果を使用する）ごとに実行可能である。
［００８１］ 一例として、多層スタックは、各層の完成後にスキャンされ、モニタされうる。例えば、多層スタックの上面は、シリコン層、モリブデン層、又はＭｏ／Ｓｉペアの完成後にスキャン可能である。材料層の１つの堆積後、層上面は基板上に堆積した層の数に応じてスキャン可能である。
［００８２］ 堆積中に材料層をモニタリングする間、ブロック６５２で誤差が検出されることがある。この誤差は、材料層の欠陥、例えば、仕様を逸脱した層厚（例えば、厚すぎ又は薄すぎ）として定義される。この誤差は、厚み均一性、表面粗さ、界面粗さにおける仕様条件の逸脱の結果、或いは、例えば、個々の層の堆積プロセス中に見つかる何らかの粒子であることがある。
［００８３］ 材料層の誤差に基づく警告が、ブロック６５４で発せられることがある。警告には、スキャン時に誤差を生み出した材料層のスペクトルの特徴情報も含まれうる。
［００８４］ 欠陥のある基板（多層スタック内のいずれか１つの層内の欠陥を含む）又はマスクブランク試料は、ブロック６５６で破棄されうる。モニタリングシステムによってもたらされる層ごとのモニタリングは、欠陥のある試料で無駄になる時間や材料の量を減らすことによって、欠陥のないＥＵＶＬマスクの収率を高めることが明らかになっている。例えば、基板又はマスクブランク試料の上に欠陥のある状態で堆積した材料層は、マスク全体が完成した後ではなく、個々の層の堆積誤差があった時点で破棄されうる。これは、材料の無駄と時間の無駄を減らすため、経費節約をもたらす。
［００８５］ モニタリングプロセスが堆積中に欠陥や誤差を何も検出しない場合には、ブロック６５８で堆積プロセスは終了する。堆積プロセス完了後の試料は、ブロック６６０で、更なる堆積のため、或いは別の製造ステップのため別のチャンバへ移送されうる。ＥＵＶＬマスク試料はまた、ブロック６６２で完成後ポストスキャンを行うため、図１の検査チャンバ１１１へ移送されうる。
［００８６］ 結果として得られる方法、プロセス、装置、デバイス、製品、及び／又はシステムは、単純で、コスト効率が高く、複雑でなく、非常に多目的で、正確で、感度が高く、また効果的であり、素早く効率的に、更に経済的に製造、応用、及び利用するための既知の構成要素を適合することによって実装されうる。
［００８７］ 本発明の別の重要な態様は、コスト削減、システムの簡略化、及び性能向上という歴史的トレンドを有用に支持し支援することである。
［００８８］ 本発明のこれらの態様及び他の有用な態様により、結果的に、技術段階が少なくとも次のレベルまで引き上げられる。
［００８９］ 本発明を特定の実施形態と併せて説明してきたが、当然ながら、前述の説明に照らせば、多数の代替例、修正例、及び変形例が当業者に明らかとなるであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲内のすべての上記代替例、修正例、及び変形例を包含することが意図されている。本明細書にこれまでに記載された、又は添付の図に示されたすべての事項は、単なる実例であり非限定的なものとして解釈されるべきである。

Claims (15)

  1. 基板上に材料層を堆積すること、
    堆積中の前記材料層の層厚の変化に対して、前記材料層の堆積をモニタすること、及び
    堆積中の前記材料層の前記層厚の前記変化に基づいて、堆積パラメータを調整すること
    を含む、モニタリング・堆積制御システムの操作方法。
  2. 前記材料層の誤差を検出すること、
    前記材料層の前記誤差に基づいて警告を発すること、及び
    前記警告に基づいて、前記基板及び前記材料層を破棄すること
    を更に含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記材料層の堆積をモニタすることは、
    前記材料層に向けて光出力を生成すること、
    前記光出力を前記材料層での反射光として集光すること、及び
    前記材料層の特性を決定するため、前記反射光のスペクトルを決定すること
    を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記材料層の堆積をモニタすることは、
    前記材料層に向けて光出力を生成すること、
    前記光出力を前記材料層での反射光として集光すること、
    前記反射光のスペクトルを決定すること、及び
    前記反射光の前記スペクトルの波長平均に対して、前記反射光の前記スペクトルを正規化すること
    を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記材料層の堆積前に既知のスペクトル応答を有する基準試料に対して較正を行うことを更に含む、請求項１に記載の方法。
  6. 基板上に材料層を堆積するための堆積チャンバと、
    堆積中に前記材料層の層厚の変化に対して前記材料層の堆積をモニタするためのセンサアレイと、
    堆積中に前記層厚の前記変化に基づいて堆積パラメータを調整するための処理ユニットと
    を備える、モニタリング・堆積制御システム。
  7. 前記センサアレイは、前記材料層中の誤差を検出するためのものであり、
    前記処理ユニットは、前記材料層中の前記誤差に基づいて警告を発するためのものであり、また、
    前記堆積チャンバは、前記警告に基づいて前記基板と前記材料層を破棄するためのものである、請求項６に記載のシステム。
  8. 前記センサアレイは、
    前記材料層に向けて光出力を生成するための光源と、
    前記光出力を前記材料層での反射光として集光し、前記材料層の特性の決定を目的として前記反射光のスペクトルを決定するための分光光度計と
    を含む、請求項６に記載のシステム。
  9. 前記センサアレイは、
    前記材料層に向けて光出力を生成するための光源と、
    前記光出力を前記材料層での反射光として集光し、前記材料層の特性の決定を目的として前記反射光のスペクトルを決定するための分光光度計とを含み、
    前記処理ユニットは、前記反射光の前記スペクトルの波長平均に対して、前記反射光の前記スペクトルを正規化するためのものである、請求項６に記載のシステム。
  10. 前記基板を配置するための前記堆積チャンバ内のチャックと、
    前記材料層の堆積前に前記センサアレイを較正するための、前記チャック上の既知のスペクトル応答を有する基準試料と
    を更に含む、請求項６に記載のシステム。
  11. 基板上に多層スタックを堆積することを含み、前記多層スタック内の各層は誤差が０．１オングストローム以下である層厚を有する、ＥＵＶマスクを製造する方法。
  12. 前記多層スタックを堆積することは、モリブデンの材料層とシリコンの別の材料層を堆積すること含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記多層スタックを堆積することは、モリブデンの層とシリコンの層を交互に堆積することを含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記多層スタックを堆積することは、物理的気相堆積を有する堆積チャンバを使用して前記多層スタックを堆積することを含む、請求項１１に記載の方法。
  15. 前記多層スタックを堆積することは、３〜４ｎｍの層厚を有するシリコンの材料層を堆積することを含む、請求項１１に記載の方法。
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