JP2021522505A - 処理チャンバのためのナノ粒子測定 - Google Patents
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Abstract
一実施形態では、単一粒子誘導結合プラズマ質量分析（ｓｐＩＣＰＭＳ）を使用して試料からナノ粒子を測定する方法は、表面を第１の液体媒体の第１の露出面に曝露すること；第１の液体媒体を機械的に操作すること；及び、ｓｐＩＣＰＭＳを使用して第１の液体媒体を測定することによって、試料の表面からナノ粒子を分離することを含む。一実施形態では、処理チャンバ内のナノ粒子汚染を検出する方法は、処理動作の後に処理チャンバから第１の構成要素を取り出すこと；及び、ｓｐＩＣＰＭＳを使用して第１の構成要素から第１のナノ粒子を測定することを含み、該測定することは、第１の表面の第１の部分を第１の液体媒体の第１の露出面に曝露すること；及び、第１の液体媒体を機械的に操作することによって、第１の構成要素の第１の表面から第１のナノ粒子を分離することを含む。
【選択図】図３Ｂ
【選択図】図３Ｂ
Description
本開示の実施形態は、概して、処理チャンバ内でナノ粒子を測定するための方法及び装置に関する。
ナノ粒子（すなわち、約１から５００ナノメートル（ｎｍ）のサイズの粒子）は、処理チャンバ内に、及び／又はそこで処理されたウエハ上に汚染の一形態として、生じる可能性がある。ナノ粒子汚染の検出及び／又は制御は、半導体製造において非常に重要である。チャンバ構成要素は、ウエハ上にナノ粒子を放出することが一般的に理解されているが、多くの疑問が残っている。例えばシャワーヘッド、フェースプレート、ライナ、ガスライン等のチャンバ構成要素は、さまざまな材料（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、セラミック、コーティング等）で作られている。洗浄後のチャンバ構成要素からの粒子の濃度を測定するために、レーザ−液中粒子計数（ＬＰＣ）が用いられている。しかしながら、粒子サイズが１００ｎｍ未満、とりわけ５０ｎｍ未満など、小さくなると、レーザをベースとした光散乱技術は回折の課題にますます直面することとなる。
ナノ粒子汚染について、滑らかで平坦な表面を有する試料を測定するための現在の方法には、エネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分光法と組み合わせた走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）が含まれうる。例えば、ウエハ表面は、米国カリフォルニア州所在のＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ社から入手可能なＳｕｒｆｓｃａｎ（登録商標）ＳＰ５非パターン化ウエハ検査システムを使用して検査することができる。しかしながら、約１００ｎｍ未満のサイズの粒子は、一部には鏡面反射のため、粗い表面及び／又は曲面上では検出が困難である。
誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰＭＳ）は、非干渉の低バックグラウンド同位体において、金属及び幾つかの非金属を１０１５分の１（パーツ・パー・クアッドリリオン、ｐｐｑ）の低い濃度で検出することができる質量分析の一種である。これは、誘導結合プラズマで試料をイオン化し、次に、質量分析計を使用してこれらのイオンを分離及び定量することによって実現される。一般に、ネブライザが試料を含む液体をエアロゾルへと変換するために用いられ、その後、そのエアロゾルはプラズマへと掃引されてイオンを生成する。ネブライザは、単純な液体試料（すなわち溶液）で最適に機能する。
処理チャンバ構成要素からナノ粒子をより良好に測定するためのツール及び技術（較正及び品質保証手順を含む）は有益であろう。
一実施形態では、単一粒子誘導結合プラズマ質量分析（ｓｉｎｇｌｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ；ｓｐＩＣＰＭＳ）を使用して試料からナノ粒子を測定する方法は、表面を第１の液体媒体の第１の露出面に曝露すること；第１の液体媒体を機械的に操作すること；及び、ｓｐＩＣＰＭＳを使用して第１の液体媒体を測定することによって、試料の表面からナノ粒子を分離することを含む。
一実施形態では、処理チャンバ内のナノ粒子汚染を検出する方法は、処理動作の後に処理チャンバから第１の構成要素を取り出すこと；及び、単一粒子誘導結合プラズマ質量分析（ｓｐＩＣＰＭＳ）を使用して第１の構成要素由来の第１のナノ粒子を測定することを含み、該測定することは、第１の表面の第１の部分を第１の液体媒体の第１の露出面に曝露すること；及び、第１の液体媒体を機械的に操作することによって、第１の構成要素の第１の表面から第１のナノ粒子を分離することを含む。
本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、上に簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が実施形態を参照することによって得られ、その一部は、添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているにすぎず、したがって、その範囲を限定するとみなすべきではなく、他の等しく有効な実施形態も許容されうることに留意されたい。
理解を容易にするため、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられる。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込むことができることが企図されている。
単一粒子誘導結合プラズマ質量分析（ｓｐＩＣＰＭＳ）は、ナノ粒子を検出、特徴付け、及び定量化するための創発的なＩＣＰＭＳ法である。ｓｐＩＣＰＭＳは、環境に関連する曝露レベルでナノ粒子のサイズ、組成、及び濃度を決定するための定量的方法として急速に進化してきた。例えば、ｓｐＩＣＰＭＳは、生物学的、環境的、及び化学的などの複雑なマトリクス内のナノ粒子を特徴付けるために用いられてきた。しかしながら、ｓｐＩＣＰＭＳ試料は通常、一般的なサンプル導入システム（例えば、液体媒体への懸濁）と相容性になるように変更する必要がある。これまでのｓｐＩＣＰＭＳのほとんどの研究及び進歩は、テストケースとしてプリスチンなナノ粒子を使用して行われてきた。
本明細書に開示される単一粒子誘導結合プラズマ質量分析（ｓｐＩＣＰＭＳ）装置及び方法を使用して、滑らかな、粗い、平面的な、及び非平面的な表面上のナノ粒子のサイズ、組成、及び濃度を測定することができる。例えば、ｓｐＩＣＰＭＳは、基板（例えば、ウエハ）の表面など、滑らかで平坦な表面上のナノ粒子を測定（例えば、検出、特徴付け、カウント、分析）するために使用することができる。さらには、本明細書に開示されるように、ｓｐＩＣＰＭＳはまた、チャンバ構成要素の表面などの粗い非平面的な表面からナノ粒子を測定するためにも使用することができる。限られた数のチャネルでレーザ光を散乱させることによって粒子を検出するレーザ−液中粒子計数（ＬＰＣ）とは異なり、ｓｐＩＣＰＭＳは、粒子の数を検出するだけでなく、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、及びイットリウム（Ｙ）などの材料を含む粒子の組成を特定することもできる、イオン／質量ベースの技術である。従来の技術とは異なり、本明細書に開示される実施形態は、特定のチャンバ構成要素、及び／又は該チャンバ構成要素の特定の表面（又はその一部）上のナノ粒子汚染を検出することができる。特定の表面は、粗い及び／又は非平面でありうる。
新規のナノ粒子の抽出及び／又は分離方法を使用することにより、本開示のｓｐＩＣＰＭＳ技術は、約１０ｎｍから約２００ｎｍのサイズのナノ粒子を検出し（約１ｎｍの分解能）、ナノ粒子濃度を測定し、ナノ粒子の数を測定し、滑らかな、粗い、平面的な、及び非平面的な表面からのナノ粒子の組成を、それぞれ特定することができる。
処理チャンバ内のナノ粒子を測定するためのｓｐＩＣＰＭＳ技術の適用は、チャンバの設計、製造、及び動作に役立ちうる。例えば、非Ｃｕ処理チャンバ内のウエハの銅（Ｃｕ）汚染は重要な問題であった。Ｃｕナノ粒子は、チャンバ構成要素から「再懸濁」することができ、及び／又は、熱及び／又はプラズマ処理条件下でウエハ上に堆積及び拡散することができる。開示されたｓｐＩＣＰＭＳ技術を使用して、ウエハ上で検出されたナノ粒子汚染とさまざまなチャンバ構成要素との間の潜在的な相関関係をよりよく理解することができる。
図１は、例示的な処理チャンバ１０の概略的な断面図である。処理チャンバ１０は、単独で、あるいは、集積半導体基板処理システム又はクラスタツールの処理モジュールとして利用することができる。処理チャンバ１０は本体２０を有する。処理チャンバ１０の本体２０は、１つ以上の側壁（例えば円筒形）、蓋、及び底面を有する。側壁、蓋、及び底面は内部容積を画成する。さまざまな構成要素が処理チャンバ１０の本体２０内に配置される。例えば、ガス分配器３０（例えば、シャワーヘッド）を蓋に近接して内部容積内に配置することができる。ガスライン６０をガス分配器３０に結合し、該ガス分配器３０を介して１つ以上のガスを処理チャンバ１０の内部容積に導入することができる。基板支持体５０もまた、ガス分配器３０に面する基板支持面５５を伴って、内部容積内に配置される。１つ以上のチャンバ側壁は、基板支持体５０を取り囲むライナ４０を囲む。これらの構成要素のいずれかが、処理中のナノ粒子汚染の原因となる可能性がある。
試料上のナノ粒子の測定は、試料からのナノ粒子の抽出及び／又は分離から開始することができる。例えば、図２Ａに示されるように、チャンバ構成要素などの試料１００は、浸漬容器１４０を使用して液体媒体１５０に浸漬することができる。液体媒体１５０は、有意義なｓｐＩＣＰＭＳ測定を可能にするために十分に純粋であるか、又は既知の組成のものでなければならない。幾つかの実施形態では、液体媒体１５０は、脱イオン水又は超純水（例えば、ドイツ国ダルムシュタット所在のＭｅｒｃｋ ＫＧａＡ社から入手可能なＭｉｌｌｉ−Ｑ（登録商標）一体型浄水システムによって生成されたＭｉｌｌｉ−Ｑ水）である。他の実施形態では、液体媒体１５０は、試料１００の表面化学に影響を及ぼすため、及び／又は試料１００からナノ粒子をより良好に分離するために、有機溶媒、界面活性剤、共溶液、反応物質、又は他の薬剤を含むことができる。幾つかの実施形態では、浸漬容器１４０、液体媒体１５０、及び／又は試料１００は、ナノ粒子を試料１００からより良好に分離するために、攪拌又は超音波処理などの機械的操作にさらされうる。例えば、図２Ｂに示されるように、浸漬容器１４０をソニケータ１６０（例えば、ウルトラソニケータ又はメガソニケータ）上に配置し、試料１００に対して液体媒体１５０を機械的に操作して（例えば、振動させて）、ナノ粒子１１０（本明細書では説明の目的で誇張されたサイズで示されている）を試料１００からより良好に分離することができる。液体中で形成されたジェットが試料１００の表面に衝突してナノ粒子を緩めて取り除くジェット循環などの他の機械的操作技術も使用することができる。分離されたナノ粒子１１０を有する得られた液体媒体１５０は、試料１００上のナノ粒子のサイズ、組成、及び／又は濃度を決定するために、ｓｐＩＣＰＭＳを使用して測定されうる。試料１００は、滑らか、粗い、平面的、及び非平面的な表面を有しうることが理解されるべきである。
同様の技術を利用して、試料の特定の表面からナノ粒子を分離することができる。図３Ａに示されるように、試料２００の表面２２０は、曝露容器２４０内の液体媒体１５０に曝露されうる。試料２００は、表面２２０が液体媒体１５０に接触するように、支持体２１０によって保持することができる。試料２００の他の表面は、表面２２０の曝露中、液体媒体１５０の外に保持することができる。幾つかの実施形態では、曝露容器２４０、液体媒体１５０、及び／又は試料２００は、表面２２０が液体媒体１５０に曝露されて、ナノ粒子を試料２００からより良好に分離する間、機械的操作にさらされうる。ナノ粒子を有する得られた液体媒体１５０は、試料２００の表面２２０上のナノ粒子のサイズ、組成、及び／又は濃度を決定するために、ｓｐＩＣＰＭＳを使用して測定されうる。試料２００の表面２２０は、滑らかでも粗くてもよいものと認識されたい。
同様の技術を利用して、試料の特定の表面の特定の部分からナノ粒子を分離することができる。図３Ｂに示されるように、曝露容器２４０は、液体媒体１５０の露出面２４５が試料２００の表面２２０よりも小さくなるような寸法を有しうる。この場合、表面２２０の曝露部分２２５は、液体媒体１５０の露出面２４５と接触している。（曝露部分２２５は、露出面２４５と同一又は同様の面積を有するものと認識されたい）。例えば、矢印２３５によって示されるように、試料２００は、表面２２０の曝露部分２２５が液体媒体１５０の露出面２４５と接触するように、下降されうる。表面２２０の他の部分及び試料２００の他の表面は、表面２２０の曝露部分２２５の曝露中、液体媒体１５０から離れて保持されうる。幾つかの実施形態では、曝露容器２４０、液体媒体１５０、及び／又は試料２００は、表面２２０の曝露部分２２５が液体媒体１５０の露出面２４５に曝露されて、ナノ粒子を試料２００からより良好に分離する間、機械的操作にさらされうる。ナノ粒子を有する得られた液体媒体１５０は、試料２００の表面２２０の曝露部分２２５上のナノ粒子のサイズ、組成、及び／又は濃度を決定するために、ｓｐＩＣＰＭＳを使用して測定されうる。試料２００の表面２２０は、滑らかであるか又は粗く、平面的又は非平面的でありうるものと認識されたい。
同様の技術を利用して、試料の特定の表面の複数の曝露部分からナノ粒子を分離することができる。図４Ａに示されるように、曝露容器３４０は、液体媒体３５０の第１の露出面３４５−ａが試料３００の表面３２０よりも小さくなるような寸法を有しうる。表面３２０の第１の曝露部分３２５−ａは、液体媒体３５０の第１の露出面３４５−ａに曝露されうる。例えば、曝露容器３４０は、表面３２０の第１の曝露部分３２５−ａが液体媒体３５０の第１の露出面３４５−ａと接触するように、矢印３３５の方向に（すなわち、試料３００に向かって）移動させることができる。本明細書では、第１の露出面３４５−ａは、曝露容器３４０から突出するメニスカスとして示されている。メニスカスは表面３２０と接触させられ、容器３４０と表面３２０との間にクリアランスが維持される。液体媒体３５０の表面張力を使用して、第１の露出面３４５−ａと第１の曝露部分３２５−ａとの接触を維持することができる。表面３２０の他の部分及び試料３００の他の表面は、表面３２０の第１の曝露部分３２５−ａの曝露中、液体媒体３５０から離れて保持されうる。
幾つかの実施形態では、曝露容器３４０、液体媒体３５０、及び／又は試料３００は、表面３２０の第１の曝露部分３２５−ａが液体媒体３５０の第１の露出面３４５−ａに曝露されて、ナノ粒子を試料３００からより良好に分離する間、機械的操作にさらされうる。図４Ｂに示されるように、ナノ粒子は、表面３２０の他の部分から連続的に分離されうる。例えば、試料３００は、曝露容器３４０に対して横方向に（すなわち、第１の露出面３４５−ａに平行に）試料３００を移動させることによって、表面３２０の他の曝露部分を第１の露出面３４５−ａに接触させるように配置することができる。図４Ｂは、曝露容器３４０が横方向３３７に移動し、それによって表面３２０の曝露部分と液体媒体３５０の露出面との間にらせん状の接触パターンを生成する間、露出面に垂直な軸の周りで回転３３６する試料３００を示している。他の実施形態は、表面３２０の一部又は全部を走査するために、おそらくは曝露容器３４０の横方向運動と組み合わされた、試料３００の線形の横方向運動を含みうる。試料の多くの領域又は表面全体からナノ粒子が回収される可能性のある、得られた液体媒体３５０は、試料３００の表面３２０の複数の部分上のナノ粒子のサイズ、組成、及び／又は濃度を決定するために、ｓｐＩＣＰＭＳを使用して処理されうる。試料３００の表面３２０は、滑らかであるか又は粗く、平面的又は非平面的でありうるものと認識されたい。液体媒体３５０への曝露は、表面との液体接触を通じて、さまざまな表面形態からナノ粒子を回収することができる。
同様の技術を利用して、試料の特定の表面の複数の曝露部分からナノ粒子を分離及び測定することができる。例えば、表面３２０の各曝露部分３２５−ｉで対応する液体媒体３５０−ｉを特定することによって、各曝露部分３２５−ｉについて別個のｓｐＩＣＰＭＳ測定を行うことができる。一実施形態では、曝露容器３４０及び／又は該曝露容器３４０内の液体媒体３５０−ｉが測定され、及び／又は、各曝露間で交換される。別の実施形態では、複数の曝露容器３４０を利用して、曝露部分３２５−ｉの各々をそれぞれの液体媒体３５０−ｉに同時に曝露することができる。表面の複数部分のこのようなｓｐＩＣＰＭＳ測定の結果が図５に示されている。
他の実施形態は、表面３２０と（一又は複数の）曝露容器３４０との間のさまざまな動きを含みうる。例えば、曝露容器の第１のサブセットは、第１の時点で表面３２０の一部分の第１のサブセットを曝露するために上昇させることができ、曝露容器３４０の第２のサブセット（おそらくは第１のサブセットと重複する）は、表面３２０に対して並進的に移動することができ、曝露容器３４０の第３のサブセット（おそらくは第１のサブセット及び／又は第２のサブセットと重複する）は、第２の時点で表面３２０の一部分の第３のサブセットを曝露するために上昇させることができる。例えば、個々の上昇アクチュエータ（例えば、エレベータ）を、各曝露容器３４０に関連付けることができる。したがって、曝露容器の第１のサブセットは、第１の時点で上昇しうるが、残りの曝露容器は上昇しない。幾つかの実施形態では、表面３２０と（一又は複数の）曝露容器３４０との間の動きは、流体振動を生成する機械的操作を含みうる。このような動きは、基板表面に垂直な動き、基板表面を横切る動き、又はその間のあらゆる動きを含みうる。このような操作は、流体力の特定のベクトルに対して脆弱なナノ粒子の分離の改善をもたらすことができる。
試料上のナノ粒子を測定するための上記ｓｐＩＣＰＭＳ技術を利用して、処理チャンバ内のナノ粒子汚染をより良好に検出することができる。例えば、チャンバ構成要素は、（処理動作の後に）処理チャンバから取り出すことができ、次いで、構成要素又はその表面を、上記ｓｐＩＣＰＭＳ技術を使用して測定することができる。幾つかの実施形態では、使用した（すなわち、処理動作中の）構成要素を測定することができ、同様の新しい（すなわち、処理動作中に使用していない）構成要素を、対照試料として測定することができる。例えば、新しい構成要素は、使用した構成要素と同じサイズ及び形状を有していてよく、あるいは、新しい構成要素は、使用した構成要素と同じサイズ、形状、及び組成を有していてよい。使用した構成要素によってナノ粒子の普及が異なる場合、その違いは、チャンバ構成要素が処理チャンバに取り付けられている間に、使用中に発生した構成要素への／構成要素からのナノ粒子汚染を示していると見なすことができる。
他の実施形態では、試料上のナノ粒子を測定するための上記ｓｐＩＣＰＭＳ技術は、複数のチャンバ構成要素とともに利用することができる。例えば、３つの構成要素を（処理動作の後に）第１の処理チャンバから取り出し、上記ｓｐＩＣＰＭＳ技術を使用して測定することができる（おそらくは同様の新しい対照試料も測定される）。同様の第２の処理チャンバは、３つの構成要素のうちの１つが取り出され、遮蔽され、又は不活性な（例えば、セラミック）構成要素と交換されることを伴って動作するように適合させることができる。処理動作は第２のチャンバで行われ、第２のチャンバから３つの構成要素が取り出され、測定される。第１のチャンバと第２のチャンバとの間のナノ粒子の普及の違いは、取り出され、遮蔽され、又は交換された１つの構成要素に起因すると見なすことができる。
例えば、第１の処理チャンバは、３つのチャンバ構成要素を含む第１の処理キットを有することができ、第２の処理チャンバは、第１の処理キットと同一の第２の処理キットを有することができる。３つの構成要素の１つを第２の処理チャンバから取り出すことができる。同一の処理を第１及び第２の処理チャンバで実行することができる。第１の処理キットは、ｓｐＩＣＰＭＳに従って取り出し、処理することができる。第２の処理キットもまた、ｓｐＩＣＰＭＳに従って取り出し、処理することができる。第１の処理キットの構成要素と第２の処理キットの構成要素におけるナノ粒子の違いは、第２の処理チャンバからの構成要素の取り出しに起因する可能性がある。各試験中に（一又は複数の）どの構成要素を取り出し、遮蔽し、又は置き換えるかを変えて、追加の試験を実施することができる。結果の比較は、処理チャンバ内のナノ粒子汚染の検出に役立てることができる。例えば、特定の構成要素は、本明細書に記載される方法を使用してナノ粒子汚染の実質的な原因として特定することができ、その後、（例えば、特定された汚染源を除去、遮蔽、又は交換することによって）汚染を軽減するように、処理チャンバを再設計することができる。
試料上のナノ粒子を測定するための上記ｓｐＩＣＰＭＳ技術は、処理チャンバ動作（例えば、チャンバ洗浄操作）のための較正及び／又は品質保証手順として実施することができる。例えば、対照試料は、既知のタイプのナノ粒子及び／又は既知の濃度のナノ粒子を含みうる。ナノ粒子の測定は、試験試料のｓｐＩＣＰＭＳ結果を対照試料の結果と比較することを含みうる。幾つかの実施形態では、液体媒体のタイプ及び／又は機械的操作は、比較に基づいて後続の試験において調整することができる。幾つかの実施形態では、比較及び／又は調整は、ナノ粒子の異なる元素の選択された比率に適合させることができる。（異なる元素では密度も異なり、したがって、所与のサイズの粒子では溶出が異なる。）
実験結果
ｓｐＩＣＰＭＳの輸送効率及び他のパラメータの決定は、希釈された米国国立標準技術研究所の金ナノ粒子ＲＭ８０１３（すなわち、直径６０ｎｍ）を使用して行われた。ｓｐＩＣＰＭＳ機器は、Ｙではｍ／ｚ８９、Ｃｕではｍ／ｚ６３などの単一元素モードで動作させた。機器の製造元の指示に従い、ナノ粒子測定のためにＮＩＳＴ微量金属較正を実施した。ＲＭ８０１１（金の公称１０ｎｍ直径）及びＲＭ８０１２（金の公称２０ｎｍ直径）を含む、他のＮＩＳＴ標準ナノ粒子を使用してもよい。予想されるナノ粒子汚染と可能な限り寸法が類似している標準を選択することにより、より良好な結果を得ることができると現在は考えられている。較正は、ｓｐＩＣＰＭＳ機器が試料内の複数の元素を分解する多元素モードで実行することができる。標準的なナノ粒子には、例えば、金と鉄の両方が含まれうる。
ｓｐＩＣＰＭＳの輸送効率及び他のパラメータの決定は、希釈された米国国立標準技術研究所の金ナノ粒子ＲＭ８０１３（すなわち、直径６０ｎｍ）を使用して行われた。ｓｐＩＣＰＭＳ機器は、Ｙではｍ／ｚ８９、Ｃｕではｍ／ｚ６３などの単一元素モードで動作させた。機器の製造元の指示に従い、ナノ粒子測定のためにＮＩＳＴ微量金属較正を実施した。ＲＭ８０１１（金の公称１０ｎｍ直径）及びＲＭ８０１２（金の公称２０ｎｍ直径）を含む、他のＮＩＳＴ標準ナノ粒子を使用してもよい。予想されるナノ粒子汚染と可能な限り寸法が類似している標準を選択することにより、より良好な結果を得ることができると現在は考えられている。較正は、ｓｐＩＣＰＭＳ機器が試料内の複数の元素を分解する多元素モードで実行することができる。標準的なナノ粒子には、例えば、金と鉄の両方が含まれうる。
次の図のデータは、滑らかな表面及び粗い表面、及び／又は平面的な表面及び非平面的な表面からナノ粒子を測定するｓｐＩＣＰＭＳの能力を示している。このような測定は、ウエハ上のナノ粒子と処理チャンバ構成要素上のナノ粒子と間の潜在的な相関関係をより良好に検出するために利用することができる。
（１）ガスライン（滑らかな、非平面的な表面）からの鉄（Ｆｅ）ナノ粒子の測定
図６は、試料ガスラインの測定結果を示している。ナノ粒子は、ガスラインの内部を液体媒体に曝露して、ガスラインの内部の液体媒体からナノ粒子を収集することによって、ガスラインから分離した。この事例では、ガスラインを超純水で満たし、超純水を収集し、ｓｐＩＣＰＭＳで測定した。結果は、２０ｎｍから１５０ｎｍのＦｅナノ粒子の濃度を示している。現在、ガスラインが処理チャンバ内のナノ粒子汚染の原因でありうると考えられている。
図６は、試料ガスラインの測定結果を示している。ナノ粒子は、ガスラインの内部を液体媒体に曝露して、ガスラインの内部の液体媒体からナノ粒子を収集することによって、ガスラインから分離した。この事例では、ガスラインを超純水で満たし、超純水を収集し、ｓｐＩＣＰＭＳで測定した。結果は、２０ｎｍから１５０ｎｍのＦｅナノ粒子の濃度を示している。現在、ガスラインが処理チャンバ内のナノ粒子汚染の原因でありうると考えられている。
（２）チャンバ構成要素（粗い、非平面的な表面）からのナノ粒子の測定
図７は、イットリア被覆カソードスリーブの試料の測定結果を示している。ナノ粒子は、脱イオン水中への浸漬を含む、上記分離技術によってカソードスリーブから分離された。結果は、１０ｎｍから５００ｎｍのナノ粒子の濃度を示している。ＬＰＣの結果では、粒子タイプを区別できず、１００ｎｍから５００ｎｍまでのサイズの５つのチャネルが特定されている。ｓｐＩＣＰＭＳの結果（グラフ形式と表形式の両方）は、陽極酸化されたＡｌスリーブからのＡｌナノ粒子と、イットリアコーティングからのＹナノ粒子とを示している。ｓｐＩＣＰＭＳの結果は、１ｎｍの分解能で＞１０ｎｍから約１００ｎｍのサイズ分布を有するナノ粒子の測定値を示している。これらの粒子は金属酸化物の形態であると考えられている。ｓｐＩＣＰＭＳの結果は、ナノ粒子の大部分が金属酸化物の形態のＹ、Ａｌ、及びＭｇであることを示している。
図７は、イットリア被覆カソードスリーブの試料の測定結果を示している。ナノ粒子は、脱イオン水中への浸漬を含む、上記分離技術によってカソードスリーブから分離された。結果は、１０ｎｍから５００ｎｍのナノ粒子の濃度を示している。ＬＰＣの結果では、粒子タイプを区別できず、１００ｎｍから５００ｎｍまでのサイズの５つのチャネルが特定されている。ｓｐＩＣＰＭＳの結果（グラフ形式と表形式の両方）は、陽極酸化されたＡｌスリーブからのＡｌナノ粒子と、イットリアコーティングからのＹナノ粒子とを示している。ｓｐＩＣＰＭＳの結果は、１ｎｍの分解能で＞１０ｎｍから約１００ｎｍのサイズ分布を有するナノ粒子の測定値を示している。これらの粒子は金属酸化物の形態であると考えられている。ｓｐＩＣＰＭＳの結果は、ナノ粒子の大部分が金属酸化物の形態のＹ、Ａｌ、及びＭｇであることを示している。
（３）Ａｌ６０６１（粗い、平坦な表面）からのＣｕナノ粒子
図８は、熱処理動作後のＡｌクーポン上のＣｕナノ粒子の測定結果を示している。ナノ粒子は、脱イオン水中への浸漬及び超音波処理を含めた上記分離技術によってＡｌクーポンから分離された。８８０で示されるように、３００〜３５０℃に複数回加熱後、Ａｌ６０６１クーポンからかなりの数のＣｕナノ粒子が検出された。８９０で示されるように、対照クーポンは１桁低い強度を示した。Ｃｕナノ粒子のこの発見は、バルクＡｌ中のＣｕが高温下でＡｌ表面に移動したかもしれないという仮説を裏付けている。ｓｐＩＣＰＭＳ測定技術により、このような粗い非平面的な表面上でのナノ粒子測定が可能となった。
図８は、熱処理動作後のＡｌクーポン上のＣｕナノ粒子の測定結果を示している。ナノ粒子は、脱イオン水中への浸漬及び超音波処理を含めた上記分離技術によってＡｌクーポンから分離された。８８０で示されるように、３００〜３５０℃に複数回加熱後、Ａｌ６０６１クーポンからかなりの数のＣｕナノ粒子が検出された。８９０で示されるように、対照クーポンは１桁低い強度を示した。Ｃｕナノ粒子のこの発見は、バルクＡｌ中のＣｕが高温下でＡｌ表面に移動したかもしれないという仮説を裏付けている。ｓｐＩＣＰＭＳ測定技術により、このような粗い非平面的な表面上でのナノ粒子測定が可能となった。
（４）ウエハ（滑らかで平坦な表面）上でのＡｌ汚染
図９は、ウエハ上のＡｌナノ粒子の分析結果を示している。ナノ粒子は上記分離技術によってウエハから分離された。
図９は、ウエハ上のＡｌナノ粒子の分析結果を示している。ナノ粒子は上記分離技術によってウエハから分離された。
上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態を考案することができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
Claims (15)
- 単一粒子誘導結合プラズマ質量分析（ｓｐＩＣＰＭＳ）を使用して試料からナノ粒子を測定する方法において、
前記試料の表面からナノ粒子を分離することであって、
前記表面を第１の液体媒体に曝露すること；及び
前記第１の液体媒体を機械的に操作すること；
によって、前記試料の前記表面からナノ粒子を分離すること、並びに
ｓｐＩＣＰＭＳを使用して前記第１の液体媒体を測定すること
を含む、方法。 - ｓｐＩＣＰＭＳを使用して前記第１の液体媒体を測定することが、前記試料に由来する前記ナノ粒子のサイズ、組成、及び濃度のうちの少なくとも１つを決定する、請求項１に記載の方法。
- 前記試料が処理チャンバ構成要素を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記試料の前記表面が、粗い及び非平面的のうちの少なくとも一方である、請求項１に記載の方法。
- 前記表面を前記第１の液体媒体に曝露することが、
前記表面全体を前記第１の液体媒体に曝露すること；
前記表面を前記第１の液体媒体の第１の露出面に曝露すること；及び
前記試料の前記表面の第１の部分を前記第１の液体媒体の第１の露出面に曝露すること
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。 - 前記表面を前記第１の液体媒体に曝露することが、前記試料の前記表面の第１の部分を前記第１の液体媒体の第１の露出面に曝露することを含み、
前記試料の前記表面を前記第１の液体媒体に曝露することが、前記第１の部分の曝露後に、前記試料を前記第１の露出面に対して横方向に移動すること、及び前記試料の前記表面の第２の部分を前記第１の液体媒体の前記第１の露出面に曝露することをさらに含む、
請求項１に記載の方法。 - 前記表面を前記第１の液体媒体に曝露することが、前記試料の前記表面の第１の部分を前記第１の液体媒体の第１の露出面に曝露することを含み、
前記分離することが、
前記試料の前記表面の第２の部分を前記第１の液体媒体の第２の露出面に曝露すること；
前記試料の前記表面の第２の部分を第２の液体媒体の第３の露出面に曝露すること；及び
前記第２の液体媒体を機械的に操作すること
のうちの少なくとも１つをさらに含む、
請求項１に記載の方法。 - 前記試料の前記表面を曝露している間、前記試料の少なくとも第２の表面が前記第１の液体媒体に曝露されない、請求項１に記載の方法。
- 前記試料の前記表面を曝露している間、前記試料の前記表面の少なくとも第１の部分が前記第１の液体媒体に曝露されない、請求項１に記載の方法。
- 前記第１の液体媒体を機械的に操作することが、前記第１の液体媒体を含む曝露容器をソニケータ上に配置することを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第１の液体媒体が、脱イオン水、超純水、有機溶媒、界面活性剤、共溶液、及び反応物質のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記ナノ粒子が銅を含む、請求項１に記載の方法。
- 処理チャンバ内のナノ粒子汚染を検出する方法であって、
処理動作の後に、前記処理チャンバから第１の構成要素を取り出すこと；及び
前記第１の構成要素に由来する第１のナノ粒子のサイズ、組成、及び濃度のうちの少なくとも１つを決定するために、単一粒子誘導結合プラズマ質量分析（ｓｐＩＣＰＭＳ）を使用して、前記第１の構成要素に由来する前記第１のナノ粒子を測定すること
を含み、
前記測定することが、前記第１のナノ粒子を前記第１の構成要素の第１の表面から分離することであって、
前記第１の表面の第１の部分を第１の液体媒体の第１の露出面に曝露すること；及び
前記第１の液体媒体を機械的に操作すること
によって、前記第１のナノ粒子を前記第１の構成要素の前記第１の表面から分離することを含む、
方法。 - 未使用の処理チャンバから、前記第１の構成要素と同じサイズ及び同じ形状を有する第２の構成要素を取り出すこと；
ｓｐＩＣＰＭＳを使用して前記第２の構成要素に由来する第２のナノ粒子を測定すること；及び
前記第１のナノ粒子の測定結果を前記第２のナノ粒子の測定結果と比較すること
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。 - 前記処理動作中に第３の構成要素を遮蔽すること；
前記処理動作の後に、前記処理チャンバから前記第３の構成要素を取り出すこと；
ｓｐＩＣＰＭＳを使用して前記第３の構成要素に由来する第３のナノ粒子を測定すること；及び
前記第１のナノ粒子の測定結果を前記第３のナノ粒子の測定結果と比較すること
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
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