JP2022551897A - 基板表面のその場監視 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】いくつかの例では、基板上の層のシート抵抗を測定する真空前処理モジュール(VPM)計測システムを用意する。システムは渦センサを含んでいてよく、渦センサは、送信器センサおよび受信器センサを有し、両センサの間に、試験対象の基板のエッジを受け入れるための間隙を画成する。センサコントローラが渦センサから測定信号を受信する。データプロセッサが測定信号を処理し、基板上の前記層のシート抵抗値を生成する。【選択図】図3

Description

[優先権の主張]
本出願は、2019年10月17日に出願された「EDDY BASED IN-SITU MONITORING OF SURFACE OXIDE ON SUBSTRATES POST METALLIZATION」と題する米国仮出願第62/916,719号のRanjanらに対する優先権の利益を主張するものであり、本文献を参照してその全容を本願に援用する。
本開示は全般に、真空前処理モジュール(VPM)での計測の方法および装置に関し、1つの例では、基板処理時のその場(in-situ)での酸化物計測技術に関する。
銅またはコバルトの電気めっきは通常、基板などの基板に薄い金属シード層を堆積することを含む。堆積は、例えば、電気めっきの前に導電性基板を形成するために物理蒸着または化学蒸着(CVD)によって行われるとしてよい。真空チャンバ内でシード層を堆積した後、基板は、真空チャンバから取り除かれ、クリーン室の周囲空気に曝露される。場合によっては、基板が電気めっきされるまでに数分から数日に及ぶ待機時間がある。
待機時間(またはシードの経年劣化)は、シード層の酸化を引き起こし、表面の濡れ特性が変化するおそれがある。この酸化により、基板に欠陥が生じる可能性がある。電気めっき後にボイドおよびピットが、特にパターン基板に観察されている。これにより、欠陥のある基板からできたデバイスは役に立たなくなる可能性がある。そのため、全体の生産歩留まりは、シード層の経年劣化によって悪影響を受ける可能性がある。
シードの経年劣化および酸化の悪影響は、シード層の厚みが減少するにつれて、例えばハイテクノードのナノサイズの構造を可能にするために、増大する可能性がある。シードの溶解および電流密度の低下は、より薄いシード層の局所的な箇所でも見られることがある。局所的な箇所は、特にパターン密度が比較的高い基板上で、ビアおよびトレンチの奥深くまで及ぶ可能性がある。これは基板上の電気めっき後の欠陥を悪化させるおそれがある。
本明細書に記載している背景説明は、本開示の状況を全体的に提示することを目的としている。この背景の項に記載している範囲で、現在明記している発明者の研究、および出願時に先行技術として適格ではない可能性がある説明の側面は、明示的にも黙示的にも本開示に対抗する先行技術であるとは認められない。
いくつかの例では、基板上の層のシート抵抗を測定するために真空前処理モジュール(VPM)計測システムを用意する。このシステムは、渦センサであって、送信器センサおよび受信器センサを有し、両センサの間に、試験対象の基板のエッジを受け入れるための間隙が画成される、渦センサと、渦センサからの測定信号を受信するためのセンサコントローラと、測定信号を処理し、基板上の層のシート抵抗値を生成するデータプロセッサと、を備えている。
いくつかの例では、システムは、基板の近接閾値を検出し、送信器センサおよび受信器センサの作動を開始させる信号を生成するためのトリガーセンサをさらに含む。
いくつかの例では、間隙のサイズは、3~50mmの範囲内である。いくつかの例では、間隙のサイズは5mmである。
いくつかの例では、渦センサは、基板上の測定位置で測定を行うように構成され、測定位置は、基板の中心と基板のエッジとの間の中間箇所に設けられる。
いくつかの例では、システムは、銅(Cu)シード基板のシート抵抗をおよそ0.001~30オームパースクウェア(ohm/sq)の範囲内で測定するように構成される。
いくつかの例では、システムは、コバルト(Co)シード基板のシート抵抗をおよそ1ohm/sq~10,000ohm/sqの範囲内で測定するように構成される。
いくつかの例では、システムは、シート抵抗を最大50,000ohm/sqまで測定するように構成される。
いくつかの例では、渦センサは、VPMのアウトバウンドロードロック(OBLL)のすぐ隣に配置され、VPMの製造中にシート抵抗を測定するために基板をその場で受け入れるように構成される。
いくつかの例では、シート抵抗を測定するためにOBLLを出ていく基板の直線経路は、渦センサのインラインスキャン経路と一致する。
いくつかの実施形態を添付の図面を見ながら例として非限定的に示している。
いくつかの例示的な実施形態によるコイルのアレイを説明するための概略図である。
例示的な一実施形態による渦センサおよびその関連態様の概略図である。
例示的な一実施形態によるVPM計測システムの態様の概略図である。
例示的な実施形態によるシート抵抗値を表しているグラフである。
例示的な実施形態による例示的なVPM計測システムに対して実施した試験から得た結果を示す表およびグラフである。
例示的な実施形態による方法の動作を示すフローチャートである。
1つ以上の例示的な実施形態を実施する対象としてよい機械、または1つ以上の例示的な実施形態を制御する手段としてよい機械の一例を示すブロック図である。
以下の記載は、システム、方法、技術、一連の命令、および本開示の例示的な実施形態を具現化するコンピューティングマシンプログラム製品を含む。以下の記載では、説明することを目的として、例示的な実施形態を完全に理解してもらうために多くの具体的な詳細を記載している。しかしながら、これらの具体的な詳細がなくとも本開示を実施し得ることは当業者には明らかであろう。
本特許文献の開示の一部は、著作権保護の対象である資料を含んでいることがある。著作権所有者は、特許商標庁の特許ファイルまたは記録に記載されているように、特許文献または特許開示のいずれかによる複写に異議を唱えないが、それ以外の場合にはあらゆる著作権を保有する。次の通告は、以下に記載されているあらゆるデータおよび本文献の一部を成す図面に適用される:Copyright Lam Research Corporation,2019,All Rights Reserved。
上記で考察したように、銅またはコバルトの電気めっきは通常、基板に薄い金属シード層を堆積することを含む。堆積は、例えば、電気めっきの前に導電性基板を形成するために物理蒸着またはCVDによって行われるとしてよい。真空チャンバ内でシード層を堆積した後、基板は、真空チャンバから取り除かれ、クリーン室の周囲空気に曝露される。場合によっては、基板が電気めっきされるまでに数分から数日に及ぶ待機時間がある。
待機時間または遅延時間(またはいわゆるシードの経年劣化)は、シード層の酸化を引き起こし、表面の濡れ特性が変化するおそれがある。この酸化により、基板に欠陥が生じる可能性がある。電気めっき後にボイドおよびピットが、特にパターン基板に観察されている。これにより、欠陥のある基板からできたデバイスは本質的に役に立たなくなる。そのため、全体の歩留まりは、シード層の経年劣化によって悪影響を受ける可能性がある。
シードの経年劣化および酸化の悪影響は、シード層の厚みが減少するにつれて(例えばハイテクノードのナノサイズの構造を可能にするために)さらに強くなる可能性がある。シードの溶解および電流密度の低下は、より薄いシード層の局所的な箇所でも見られることがある。局所的な箇所は、特にパターン密度が比較的高い基板上で、ビアおよびトレンチの奥深くまで及ぶ可能性がある。これは基板にある電気めっき後の欠陥を悪化させるおそれがある。
いくつかの例では、基板表面上で酸化物が成長するのを抑えるために水素(H2)プラズマを使用して基板を前処理するのにVPMを使用する。VPMは、シードの経年劣化の影響を軽減するのに効果的となり得るが、現場(およびインラインでの運用)でVPMの性能を認定または定量化する能力は、非常に困難であることが証明されている。例えば、VPMの性能を認定するこれまでの試みでは、VPMで前処理された同一の基板と比較するために、制御された環境で1つ以上の基板を酸化させている。前処理および後処理でシート抵抗測定を実施し、測定した(または計算した)シート抵抗の低下を利用してVPMの性能の特徴を明らかにする。この技術は、VPM処理前後の基板の酸化変化を特定するのに役立つことがあるものの、この技術は、依然として現場でいくつかの問題を抱えている。
例えば、シート抵抗測定はオフラインで実施されるため、基板がVPMで処理された後に、処理された基板が引き続き酸化可能な可変の待機時間(またはキュー時間)がある。この可変要素は、VPMの性能測定を損なうおそれがある。実際、VPM後のキュー時間が十分に長ければ、シート抵抗測定を実行できる前に基板がほぼすべての酸化物を再成長させる可能性がある。したがって、キュー時間を厳密に制御することはできないため、オフライン技術は現場でVPMを認定するのには適していない。よって本開示は、リアルタイムでVPMが動作している間にインライン(現場)でシート抵抗を測定するためにその場で測定する技術を提供し、それに応じてVPMの性能の特徴を明らかにしようとするものである。
図1を参照すると、コイル110のアレイ100が示されている。位置102では、選択した周波数でコイル110を流れる交流電流(AC)が、コイルの周りに磁場108を発生させる。位置104では、コイル110が導電性材料112の近くに配置されたときに、渦電流114が材料112に誘導される。いくつかの例では、位置106で、導電性材料にある欠陥(例えばシード層の酸化)が渦電流の流れを妨害している場合、プローブとの磁気結合が変化し、コイルのインピーダンスの変動を測定することによって欠陥信号116を読み取ることができる。いくつかの例では、膜の連続性の欠陥を明らかにするのではなく、導電性材料がどれだけ存在するか(すなわち酸化していないシードの厚み)を明らかにするためにこの方法を用いる。比較は、シードの堆積量が同じだが酸化レベルが異なる基板を比較するために行われ、多く酸化したシードは、導電性が低いため渦電流が少ない。渦電流114の特徴は、材料112の特徴によって決まるかそれに影響されてよい。渦電流114は、一次磁場の反対側に二次磁場を発生させ得る。コイル110のインピーダンスは材料112の違いに影響されることがあり、この違いは渦電流信号に影響を及ぼす可能性がある。
図2を参照すると、いくつかの例では、渦センサ200は一対のセンサを有し、それぞれを送信器センサ202および受信器センサ204と称する。送信器センサ202と受信器センサ204との間には間隙206が存在する。渦センサ200は、ACが特定の周波数で流れることができるコイル208を含む。ACおよび周波数は発電器210によって発生してよい。コイル208を通るACの流れは、時間によって変化する磁場を発生させる。送信器センサ202および受信器センサ204を通る測定試料212(金属基板またはシード層など)が表面渦電流を発生させ、表面渦電流の方はそれ自体の磁場を発生させ、この磁場はコイル208によって発生した元の磁場の反対である。磁場の正味の変化は、受信器回路214のインピーダンス(L)を変化させる。インピーダンスの変化は、センサコントローラによって感知され、これについては例えば図3を参照して以下にさらに考察する。インピーダンス(L)の変化は、基板212(例えばシード層)によって発生した渦センサ信号の強度に比例し、この強度は、基板212のシート抵抗に関係している。
図3は、本明細書でVPM計測システム300と称するものの例示的な態様を示している。システム300は、VPM(図示せず)のアウトバウンドロードロック(OBLL)の横に配置された渦センサ302を含む。ロードロックにより、VPM内の真空を壊すことなくVPMへの要素の出入りが可能になる。前述したように、例示的な渦センサ302は、一対のセンサである送信器受信器304と受信器センサ306を有する。トリガーセンサ308が基板(例えばシード基板310)の接近を検知する。接近している(例えばOBLLを出ている)基板310によってトリガーセンサ308がトリガーされると、送信器センサ304および受信器センサ306が作動し、それによってこのセンサの対は、継続的に作動している必要がない。両センサは、必要な場合のみ作動する。
いくつかの例では、一対の渦センサ304および306は、VPMでの後処理で基板310の「ラインスキャン」でシート抵抗を測定するために、センサ間に5mmの間隙を置いてOBLLの外側に設置される。例示的なセンサ支持構成要素として、センサ304と306との間の間隙を調整するために垂直方向に延在するセンサ取り付け用スロットを含むブラケット部品があってよい。例示的な間隙サイズは、3~50mmの範囲内であってよい。いくつかの例では、センサ間の適切な間隙はおよそ5mmである。間隙が小さくなると、渦電流のスポットサイズ(以下を参照)が小さくなってシート抵抗測定の精度が上がる可能性がある。
例示的なブラケット部品は、センサを測定対象の基板上の一箇所(測定位置など)にスライドさせるために、水平方向に延在する1つ以上のセンサ取り付け用スロットも有していてよい。いくつかの例では、測定は、基板エッジや基板の中心付近では行わない。基板エッジでは、渦電流の一部が基板の外側にある。基板の中心では、渦電流は、金属製のエンドエフェクタ(以下を参照)の影響を受け、測定の精度に影響を及ぼすおそれがある。いくつかの例では、測定位置は、基板のほぼ中央(例えば、300mmの基板の基板エッジからおよそ75mmまたは200mmの基板の基板エッジから50mmなど)に位置している。別の実施形態では、測定位置は、エッジにより近くてよく、例えば基板エッジからおよそ5mmの所から、基板の中心からおよそ5mm離れたところまでの範囲内である。この実施形態では、基板エッジへの近接性およびエンドエフェクタに近い基板の中心への近接性を説明するために、補正係数を利用できる。本明細書では、ある特定の値に関する「およそ」という用語は、その値のプラスマイナス10%を意味する。
送信器センサ304、受信器センサ306、およびトリガーセンサ308からの測定信号およびその他の信号は、センサコントローラ312に送信される。センサコントローラ312は、1つ以上のフィルタ314、および直流電流(DC)処理要素316を含んでいてよい。センサコントローラ312は、電源318によって給電される。測定および自動化のソフトウェア(以下でさらに詳細に説明)がシステムコンピュータ320によって処理される。それぞれの回路322および324は、センサ304、306、308、センサコントローラ312、およびシステムコンピュータ320を相互接続する。
いくつかの例では、銅(Cu)シード基板310に対して測定したシート抵抗は、およそ0.001~30オームパースクウェア(ohm/sq)の範囲内である。いくつかの例では、コバルト(Co)または合金のシード基板のシート抵抗測定範囲は、およそ1ohm/sq~50,000ohm/sqの範囲内である。いくつかの例では、VPM計測システム(例えば図3のVPM計測システム300)により、較正範囲に応じておよそ1mohm/sq~10,000ohm/sqの範囲内でシート抵抗測定が可能になり、これについては以下にさらに考察する。必要に応じて、シート抵抗の範囲を50,000ohm/sqまで広げるために、様々な較正とシステムの設定の手順および構成を使用できる。
VPMでの前処理の前後でシード層のシート抵抗にみられる典型的な変化は、およそ5~25%の範囲であり得る。VPMの前処理の前後に測定した場合に、同じ基板上のシート抵抗値の小さな変化を正確に測定するために、ノイズと信号の安定性を低くすることが重要であることが時折ある。したがって、いくつかの例では、シート抵抗測定で許容し得る信号対ノイズ比を達成するのに役立つように、厳密に制御されたハードウェアおよびシステム構成が含まれている。
VPM計測システムのいくつかの例には、酸化または還元されたシード層基板(またはシード基板)のインライン測定を行うように構成されたハードウェアパッケージおよび測定技術が含まれている(すなわち製造でVPMが動作している間)。インライン測定は、VPMを認定し、その性能の評価を行う。1つの例では、VPMのハードウェアアセンブリは、構成された取り付けハードウェア、一連の渦センサ、1つ以上のセンサコントローラ、および信号対ノイズ比が高いシート(シード層)の抵抗測定を広範囲にわたって行うように構成された1つ以上のデータプロセッサを含む。測定値は、例えば電気めっきツールのプロセスを最適化するために用いられてよい。例示的なVPM計測システムはVPMの後に測定するための渦センサを1組含むか、関連する基板処理ツールでの測定前と測定後の両方に対して渦センサを2組含んでいてよい。例示的なVPM計測システムは、ツールと一体化させてリアルタイムのシート抵抗測定を行うことができ、データを使用して、意図しないVPM関連の性能の変動および基板スクラップを防ぐことができる。
いくつかの例では、ハードウェア設定段階の一部として、センサの間隙とセンサの配列の両方が、許容範囲内の信号安定性および低ノイズ比を生み出すように構成され、その結果、シート抵抗の所望の範囲を所望の精度で測定できる。例えば、測定位置(すなわち送信器センサおよび受信器センサが測定を行う基板の場所)のサイズは、間隙距離に比例して設定できる。例えば、スポットサイズを、測定されているシート抵抗の範囲に応じてセンサ間隙距離のおよそ1.5~4倍に設定してよい。センサ間隙が小さいと、センサの測定が基板上の複数の異なる場所で行われる場合にデータの解像度が低下する可能性がある。
ハードウェアの配置および設置に関して、いくつかの例示的なVPM計測システム300は、VPM計測システムが搭載されているツールを介してワークフローに及ぼす影響が最小限になるように構成される。いくつかの例では、VPM計測システムは、基板がOBLLを介してツールから出てきたときに、移動している基板上で測定を行うように構成されている。送信器センサおよび受信器センサの設置場所は、VPM処理後の測定キュー時間が最短になるように、OBLLドアのすぐ近くになるように構成されてよい。
いくつかの例では、基板のシート抵抗測定は、イベント(例えばOBLLが開くイベントおよび/またはロボットがOBLLから基板を取る別のイベント)の組み合わせに基づいて、VPM計測システムによって開始または完了する。いくつかの例では、ロボットは、バックエンドロボットであり、基板を持ち上げてOBLLから直線経路で移動させることができる。この直線により、基板(シード層)のシート抵抗測定を基板上のラインスキャンとして実施することが可能になる。別の実施形態では、バックエンドロボットの経路は、連続して測定するために基板上で弧状に移動するように調整できる。さらに別の実施形態では、基板の一連の場所を選択でき、連続した点または散乱した点のデータ収集のために基板上の選択した場所に移動するようにバックエンドロボットをプログラムすることができる。
ラインスキャン方向の「基板内の」均一性に関する情報を得るために複数の基板測定ができるように、基板測定の頻度を設定してよい。いくつかの例では、正確な測定値を出し、ツールのスループットへの影響も最小限に抑えるために、最適な基板移動速度が算出される。例えば、ラインスキャン方向の基板速度が0.5m/sを超えると、精度にいくらかの影響が見られた。いくつかの例では、許容できる正確で安定した測定のための最適な基板速度は、およそ0.2m/s未満である。いくつかの実施形態では、正確に測定するための補正係数を有する高スループットの用途では0.5m/sより大きいのラインスキャン速度を用いることができる。
上記のように、センサ(例えば図3の送信器304および受信器306)間の間隙が比較的小さいと、測定位置のサイズを小さくしやすくなる可能性がある。このサイズの縮小により、測定の解像度が向上し、シート抵抗の「基板内」の均一性の測定を補佐する可能性がある。ただし、場合によっては、間隙を小さくすると、信号の安定性が低下したり、ハードウェアセットアップの許容誤差に対する信号の感度が上がったり、ツール/基板の振動が生じたり悪化したり、かつ/またはシステム測定にドリフトが発生したりするなど、あまり有用でない他の副作用が起こる。より小さい間隙を実装する試みも、センサ(送信器および受信器)を通る基板の動きによってもたらされる基板/ツールの振動によって制限される可能性がある。その一方で、センサの間隙は、厚い基板がその間隙を通過できるように十分に大きくなければならず、センサを通過する動きがある間に基板に振動を与えてはならない。いくつかの例では、センサ(送信器と受信器)の間の適切な間隙は、およそ3~50mmの範囲内である。いくつかの例では、この間隙範囲の比較的低い方の端は、Coシード層の用途に適しているが、シート抵抗が通常低いCuシード層の測定には間隙が大きい方が適していることがある。いくつかの例では、シート抵抗測定が低いほど良好なノイズ特性が見られ、例えば、10ohm/sq未満の範囲のシート抵抗では比較的低いノイズおよび許容可能な測定属性が見られる。
いくつかの例では、VPM計測システム300のハードウェア感度を算出するために試験を実施した。基板エッジおよび基板のエッジの傍で乱れた渦の一部で測定を行ったときに、いくらかのエッジ効果が見られた。典型的なエッジ効果では、センサの間隙が大きいと信号ノイズおよびエッジ効果が増大することがわかった。そのため、いくつかの例では、シート抵抗測定を基板(シード層)エッジの近くで行えるように、システムの較正にエッジ補償が含まれている。
いくつかの例では、渦センサ(送信器と受信器)の何らかの相互作用が、ロボット(上記に詳述)、特にロボットのエンドエフェクタで見られた。エンドエフェクタは、金属要素であり、シート抵抗の測定がエンドエフェクタの比較的近くで行われる場合、センサの渦電流を妨げるおそれがある。安定した基板転写と信頼性のために、ツールに金属製のエンドエフェクタが必要である。いくつかの例では、ロボットのエンドエフェクタが基板の中心で基板の下(「シリコン(Si)側」)に真空を適用して基板を保持する。いくつかの例では、基板ラインスキャン測定の場所は、エッジ効果を最小限に抑えるために基板エッジから離れて配置され、かつ渦電流信号との干渉を最小限にするために金属エンドエフェクタからも離れて配置されるように選択される。いくつかの例では、測定ラインスキャンの場所は、試験対象基板のエッジと中心との間のほぼ中間に、エンドエフェクタの水平軸に平行に配置される。
いくつかの例では、送信器センサおよび受信器センサ(例えば図3のセンサ304および306)の垂直方向の配置(基準点から上の高さ)は、センサ間の間隙がOBLLのドアの開口と同列になるように設定される。この垂直方向の配置(すなわちセンサの間隙およびOBLLのドアが実質的に同じ水平面に配置されている)により、目標の場所でラインスキャン測定を行うことが容易になる。2つのセンサ間の軸方向の位置合わせは、磁場の線が分布全体で確実に均一になるように最適化される。送信器センサと受信器センサの位置合わせが仕様から外れている場合、磁場の乱れが増加してノイズが発生することが確認されている。最適なセットアップには、センサどうしのずれが0.5mm未満になる位置合わせにすることが含まれるが、ずれがこれより大きくても(<5mm)シート抵抗の測定値が低く較正が優れていれば問題ない可能性がある。
いくつかの例では、測定の精度には正確な渦センサの較正が重要である。いくつかの例では、従来の4点(4pt)プローブ法およびシート抵抗測定を、渦ベースの方法の較正基準として使用していた。従来、シート抵抗測定の業界標準として4点プローブが使用されている。これに関して、既知のシート抵抗を有する一組の較正シートを、渦センサの較正に使用してよい。ただし、従来の較正シートを使用する場合、それ自体に様々な問題がある可能性がある。いくつかの現在の例は、安定した較正基板で構成されたセットを使用することによってこれらの課題に対処するものである。そのような問題の1つとして、較正シートは、シートの堆積プロセスに応じてシート全体でシート抵抗のばらつきが強くなる可能性がある。較正シートには再現性の問題がある可能性がある。従来の較正技術でこのばらつきを排除することは困難である。さらに、前述したように、通常の金属堆積基板は、周囲空気に曝露されると酸化する傾向がある。本来の酸化プロセスは、数週間から数ヶ月続く可能性があり、較正基板のシート抵抗は変化し続ける。したがって、安定したシート抵抗は、センサ全体で正確で再現性のある較正、およびセンサどうしの整合にとって重要な属性となり得る。
渦センサが単一の基板を介して測定を行うという点で、較正における別の課題が生じる可能性がある。シード層基板上に複数のスタックがある場合、渦センサは正味のシート抵抗を検出するが、必ずしも個々のシード層のシート抵抗を検出するわけではない。対照的に、4点プローブ法では通常、最上膜のシート抵抗のみを測定する。基板堆積プロセスは通常、シリコン基板に基づいており、半導体業界で使用されるシリコンのほとんどは、ある程度の導電性を有するシリコン基板にpドープまたはnドープされている。シード層などの金属膜が導電性シリコン基板の上に堆積されると、渦センサによって測定された正味のシート抵抗は、下にある層を要因として入れるか計算に入れる。較正目的でこの不一致に対処するために、いくつかの例では4点の最上膜と基板の両方に対するシート抵抗測定を用いて正味の等価並列抵抗を計算し、この等価並列抵抗を使用して利用可能な渦センサを較正する。
図4は、本明細書に記載の例示的な渦ベースの方法および従来の4点プローブ法によってそれぞれ得られた、試験基板上のシード層のシート抵抗(Rs)値を示すグラフ400である。図示したように、VPMでの処理前と処理後の両方で両者の間に強い相関関係がある。絶対Rs値は、4点プローブと渦センサとでは同等で、最大およそ50ohm/sqである。正味のRs測定では、下にある層が関わる割合が大きいため、Rsが高いほど渦センサの測定値は低くなる。Rsの低下傾向のパーセンテージは、4点プローブと渦センサとの間でも同等である。Rsの低下率は、4点プローブ測定中の固有の測定遅延により、シート抵抗が低い測定ではわずかに高くなる可能性がある。シード層の下にある層が存在するために絶対Rsが低くなるため、シード層のシート抵抗値が高いほど、渦センサの結果に見られるRsの低下が少なくなる可能性がある。
本開示のいくつかの例には、較正基板が含まれている。一例では、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、およびアルミニウム(Al)の膜で構成された一組を、PVDプロセスによってシート抵抗の高いシリコン基板上に堆積し、シートの抵抗が既知の範囲である一組の較正基板を作成した。いくつかの例では、較正基板上の基板のシート抵抗が、標的基板の予想シート抵抗の最高範囲よりもはるかに大きくなるように、下にある層の影響が上層よりもはるかに小さくなるように、低ドーピングを使用するかドーピングなしとした。さらに、いくつかの例では、較正用の膜の組に同じ金属を使用して金属の厚みを変えることによってシート抵抗の範囲を設定することが可能だが、この場合、基板全体の厚みでの基板上の不均一性は、フィルムが薄い方が大きく、比較的厚いフィルムでは小さいことが見られた。このような理由から、上記で考察したような金属膜の組を使用して、均一性が較正基板の範囲全体にわたって確実に同様になるよう試みた。TiおよびTiNは、シート抵抗が高く、シート抵抗範囲の上限の較正基板に使用してよいが、Alはシート抵抗が比較的低いため、基板全体にわたって較正後のシート抵抗が低く均一性が良好になるように、より厚い膜を使用することができる。TiおよびTiNは、酸化に耐性があり酸化物が安定しているが、膜が厚く酸化によって全体のシート抵抗にもたらされる変化がわすかしかない用途で、シート抵抗が比較的低い範囲では、Alの方が適していることがある。
図5は、較正の安定性、欠陥性能、および測定の再現性に関して、例示的なVPM計測システムで実施した試験から得た結果を示す表およびグラフ500を含んでいる。薄いシード基板および厚いシード基板を試験した。システムは、あらゆる局面で問題なく機能した。厚いシードと薄いシードに関してここに示した2つの代表的な試験事例で、統計的に有意で再現性があり、安定したシート抵抗(Rs)値の減少が観察される。VPM処理前後のシート抵抗値のこの正確かつ安定した変化は、このデバイスおよび較正方法が、処理される各基板のVPM処理効果のインライン検証として使用可能であることを示している。Rsの低下を現在のVPM計測で一貫して測定し、測定した変化は、個々の箱型図のデータの範囲と比較して統計的に有意であった。
他の態様では、いくつかの例では、VPMのロボットを強化することを含んでいてよい。例えば、正確で反復的かつ一貫性のある較正を可能にし、較正過程で測定される各基板上の同じ測定位置に対処してシート抵抗の不均一性によって引き起こされるばらつきを最小限に抑えるように特別に構成されたロボットステーションを含むようにロボットファームウェアを実装できる。これは、センサどうしの整合が重要となり得る2センサ構成の場合に有意になる可能性がある。センサの整合は、いくつかの例では、較正のばらつきを減らすために、両方のセンサが正確に同じ測定位置で正確に同じ試料を用いて較正されることを確実にすることによって達成されてよい。
他の例示的なロボットファームウェアの強化は、VPM計測システムで測定されるツール処理基板のメンテナンスおよび中断時間を減らすために、現場で自動較正を扱うための特定の方法を含んでいてよい。いくつかの例では、自動較正には、センサが関連するソフトウェアと通信する機能が含まれ、一方ソフトウェアは、既知のシート抵抗値を有する一連の特定の較正基板を使用して詳細な較正を処理するためにロボットハンドラと通信できる。
いくつかの例では、自動較正方法には、センサコントローラによって較正基板と測定基板(すなわち測定対象の基板)とを区別することが含まれる。較正基板の場合、センサコントローラは、一連の較正基板の測定に基づいて較正曲線を自動で生成する。較正基板の稼働中に発生するエラーを回避または最小にするために、一部のフェイルセーフ方法には、部分的に較正された曲線を更新すること、または疑わしい(または範囲外の)較正点を拒否すること、および既知の良好な較正曲線へ戻すことが含まれていてよい。較正曲線の質を定量化するために、特定の詳細を関連するソフトウェアの中に構築してよい。センサコントローラは、測定の状態および関連するエラーを提示する機能を含んでいてよい。
いくつかの例示的な方法には、ハードウェア設定に問題がある場合にセンサコントローラに特定の応答を出すことが含まれる(例えば、範囲外の測定、信号のノイズ、温度関連の不安定性、振動、または取り付け設定時の偶発的な不一致など)。自動自己参照、自己参照と既知値との比較、自動較正、および検出された問題が極端な場合に手動較正の要求生成を実行するために、特定のルーチンを設定してよい。基板試料がない状態で空気中の信号の頻繁な自己参照も行われており、これは信号のドリフトに大いに役立つことがわかった。
いくつかの例には、測定データを後処理する外部測定ノイズ処理技術が含まれる。通常、ミリ秒レベルの渦センサデータ収集に関わるなんらかの固有のノイズがあり、これは、マルチセンサの電子ノイズおよび外部の電磁ノイズとの干渉によって引き起こされることがある。ここでは、遮蔽と良好な接地が有用となり得る。ツールの電源に関連するゆらぎおよび高周波振動も渦センサの測定ノイズの一部の一因である可能性がある。安定した測定を達成するために、いくつかの例では複数の接地・遮蔽ボックスを使用する。後処理のルーチンには、ユーザーデータグラムプロトコル(UDP)ベースの通信プロトコルが含まれていてよく、この通信プロトコルでは、高周波データをサンプリングし、測定中に基板上の特定数の点を含んでいてよいラインスキャンを発生させる。この技術は、高周波ノイズに対処するかこれを除去するために実装されてよい。基板上の所定の点で特定の代表的な測定値が取得されてよい。
本開示のいくつかの例には方法が含まれる。図6を参照すると、基板上の層のシート抵抗を測定する方法600が提示されている。方法600は、以下を含んでいてよい:602で、渦センサを用意し、渦センサは、送信器センサおよび受信器センサを有し、両センサの間に、試験対象の基板のエッジを受け入れるための間隙を画成する;604で、渦センサを真空前処理モジュール(VPM)のアウトバウンドロードロック(OBLL)の隣に取り付け、基板のエッジを間隙に受け入れるように渦センサを構成する;606で、渦センサから測定信号を受信するようにセンサコントローラを構成する;そして608で、測定信号を処理し、基板上の層のシート抵抗値を生成するようにデータプロセッサを構成する。
いくつかの例では、方法600は、基板の近接閾値を検出し、送信器センサおよび受信器センサの作動を開始させる信号を発信するようにトリガーセンサを構成することをさらに含む。
いくつかの例では、方法600は、間隙サイズを3~10mmの範囲内に設定することをさらに含む。
いくつかの例では、方法600は、間隙サイズを5mmに設定することをさらに含む。
いくつかの例では、方法600は、基板上の測定位置で測定を行うように渦センサを構成することをさらに含み、測定位置は、基板の中心と基板のエッジとの間の中間箇所に設けられる。
いくつかの例では、方法600は、銅(Cu)シード基板のシート抵抗をおよそ0.001~30オームパースクウェア(ohm/sq)の範囲内で測定するようにシステムを構成することをさらに含む。
いくつかの例では、方法600は、コバルト(Co)シード基板のシート抵抗をおよそ1ohm/sq~10,000ohm/sqの範囲内で測定するようにシステムを構成することをさらに含む。
いくつかの例では、方法600は、シート抵抗を最大50,000ohm/sqまで測定するようにシステムを構成することをさらに含む。
いくつかの例では、方法600は、VPMの製造中にシート抵抗を測定するために基板をその場で受け入れるように渦センサを構成することをさらに含む。
いくつかの例では、シート抵抗を測定するためにOBLLを出ていく基板の直線経路は、渦センサのインラインスキャン経路と一致する。
図7は、本明細書に記載した1つ以上の例示的な実施形態を制御するとしてよい機械すなわちコントローラ700の一例を示すブロック図である。代替実施形態では、コントローラ700は、スタンドアロンデバイスとして動作するか、他の機械に接続されてよい(例えばネットワーク化されてよい)。ネットワーク展開では、コントローラ700は、サーバとクライアントとのネットワーク環境で、サーバマシン、クライアントマシン、またはその両方の能力で動作するとしてよい。一例では、コントローラ700は、ピアツーピア(P2P)(または他の分散型)ネットワーク環境でピアマシンとして機能してよい。さらに、単一のコントローラ700のみが示されているが、「機械」(コントローラ)という用語は、クラウドコンピューティング、サービスとしてのソフトウェア(SaaS)、またはその他のコンピュータクラスタ構成など、本明細書で考察した方法の任意の1つ以上を実施する一組の(または複数組の)命令を個別にまたは共同で実行する機械(コントローラ)の何らかの集まりであるとも解釈しなければならない。いくつかの例では、図7を参照すると、非一時的な機械可読媒体は、コントローラ700が読み取るときに、コントローラに、少なくとも本明細書に記載の非限定的な例示的な動作を含む方法で動作を制御させる命令724を含む。
本明細書に記載した例は、論理、いくつかの構成要素、または機構を含むかこれらによって動作してよい。回路構成とは、ハードウェア(例えば単純な回路、ゲート、論理など)を含む有形のエンティティに実装された回路の集まりである。回路構成の構成部材は、時間および基礎となるハードウェアのばらつきに対して柔軟であってよい。回路構成には、動作時に指定の動作を単独または組み合わせて実行してよい部材が含まれる。一例では、回路構成のハードウェアは、(例えば配線による)特定の動作を実行するように不変に設計されてよい。一例では、回路構成のハードウェアは、特定の動作の命令を符号化するために、(例えば磁気的、電気的に、不変の塊状粒子の移動可能な配置などによって)物理的に変更されたコンピュータ可読媒体を含む、不定に接続された物理的構成要素(例えば実行ユニット、トランジスタ、単純な回路など)を含んでいてよい。物理的構成要素を接続する際に、ハードウェア構成要素の基本的な電気特性は変化する(例えば絶縁体から導体へ、またはこの逆に変化する)。命令により、組み込まれているハードウェア(例えば実行ユニットやロード機構)が、可変接続を介してハードウェア内に回路構成の部材を作成して、動作中に特定の動作の一部を実行できる。したがって、コンピュータ可読媒体は、デバイスが動作しているときに、回路構成の他の構成要素に通信可能なように結合される。一例では、いかなる物理的構成要素も、2つ以上の回路構成の2つ以上の部材で使用されてよい。例えば動作中、実行ユニットは、ある時点で第1の回路構成の第1の回路で使用されてよく、別の時には第1の回路構成の第2の回路によって、または第2の回路構成の第3の回路によって再利用されてよい。
機械(例えばコンピュータシステム)700は、ハードウェアプロセッサ702(例えば中央処理装置(CPU)、ハードウェアプロセッサコア、またはこれらの任意の組み合わせ)、グラフィックスプロセッシングユニット(GPU)732、メインメモリ704、およびスタティックメモリ706を含んでいてよく、これらの一部または全部は、インターリンク(例えばバス)708を介して互いに通信してよい。コントローラ700はさらに、表示デバイス710、英数字入力デバイス712(例えばキーボード)、およびユーザインターフェース(UI)ナビゲーションデバイス714(例えばマウス)を含んでいてよい。一例では、表示デバイス710、英数字入力デバイス712、およびUIナビゲーションデバイス714は、タッチ画面ディスプレイであってよい。コントローラ700は、大容量記憶装置(例えば、ドライブユニット)716、信号生成デバイス718(例えばスピーカ)、ネットワークインターフェースデバイス720、および全地球測位システム(GPS)、コンパス、加速度計または別のセンサなどの1つ以上のセンサ730を追加で含んでいてよい。コントローラ700は、1つ以上の周辺機器(例えばプリンタ、カードリーダなど)と通信するかこれを制御するために、直列接続(例えばユニバーサルシリアルバス(USB))、並列接続、またはその他の有線接続もしくは無線接続(例えば赤外線(IR)、近距離無線通信(NFC)など)などの出力コントローラ728を含んでいてよい。
大容量記憶装置716は、本明細書に記載の技術または機能のいずれか1つ以上を具現化しているかそれによって利用されるデータ構造または命令724(例えばソフトウェア)の1つ以上の組が記憶されている機械可読媒体722を含んでいてよい。命令724は、図示したように、コントローラ700によって実行されている間、メインメモリ704の中、スタティックメモリ706の中、ハードウェアプロセッサ702の中、またはGPU732の中にも、完全にまたは少なくとも部分的に存在していてよい。一例では、ハードウェアプロセッサ702、GPU732、メインメモリ704、スタティックメモリ706、または大容量記憶装置716のうちの1つまたは任意の組み合わせが機械可読媒体722を構成するとしてよい。
機械可読媒体722は単一の媒体として示されているが、「機械可読媒体」という用語は、1つ以上の命令724を格納するように構成された単一の媒体、または複数の媒体(例えば集中型または分散型データベース、および/または関連するキャッシュおよびサーバ)を包含するとしてよい。
「機械可読媒体」という用語は、コントローラ700で実行するために命令724を格納、符号化または保有でき、コントローラ700に本開示の技術の任意の1つ以上を実施させる任意の媒体、またはそのような命令724が使用する、またはそのような命令に関連するデータ構造を格納、符号化または保有できる任意の媒体を含んでいてよい。非限定的な機械可読媒体の例として、ソリッドステートメモリ、および光学媒体および磁気媒体があってよい。一例では、結集した機械可読媒体には、複数の粒子が不変の(例えば静止)質量を有する機械可読媒体722が含まれる。したがって、結集した機械可読媒体は、一時的な伝播信号ではない。結集した機械可読媒体の特定の例には、半導体メモリデバイス(例えば電気的にプログラム可能なリードオンリーメモリ(EPROM)、電気的に消去可能でプログラム可能なリードオンリーメモリ(EEPROM))およびフラッシュメモリデバイス;内蔵ハードディスクおよびリムーバブルディスクなどの磁気ディスク;光磁気ディスク;ならびにCD-ROMおよびDVD-ROMディスクなどの不揮発性メモリがあってよい。命令724はさらに、ネットワークインターフェースデバイス720を介して伝送媒体を使用して通信ネットワーク726上で送信または受信されてよい。
特定の例示的な実施形態または方法に関して例を説明してきたが、実施形態のより広い範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に対して様々な修正および変更を加えてよいことは明らかであろう。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で捉えられるべきである。本明細書の一部を成す添付の図面は、限定ではなく例示として、主題が実施され得る特定の実施形態を示している。図示した実施形態は、本明細書に開示した教示を当業者が実践することを可能にするのに十分詳細に説明されている。本開示の範囲から逸脱することなく構造上および論理上の入れ替えおよび変更を加えてよいように、他の実施形態を利用し、本明細書から導き出してよい。したがって、この詳細な説明は、限定的な意味で解釈すべきではなく、様々な実施形態の範囲は、添付の請求項によってのみ規定され、そのような請求項が権利を与えられる同等物の全範囲に沿って規定される。
本発明の主題のそのような実施形態は、2つ以上の発明が開示されている場合に本出願の範囲を任意の単一の発明または発明の概念に自発的に限定することを意図することなく、単に便宜上「発明」という用語によって、本明細書において個別かつ/または集合的に言及され得る。よって、本明細書では特定の実施形態を例示し説明してきたが、同じ目的を達成するために計算された任意の配置が、提示した特定の実施形態の代わりになり得ることを理解されたい。本開示は、様々な実施形態のありとあらゆる適応または変形を網羅することを意図している。上記の実施形態の組み合わせ、および本明細書で具体的に記載していない他の実施形態は、上記の説明を再考すれば当業者には明らかであろう。
いくつかの例では、ハードウェア設定段階の一部として、センサの間隙とセンサの配列の両方が、許容範囲内の信号安定性および低ノイズ比を生み出すように構成され、その結果、シート抵抗の所望の範囲を所望の精度で測定できる。例えば、測定位置(すなわち送信器センサおよび受信器センサが測定を行う基板の場所)のサイズは、間隙距離に比例して設定できる。例えば、スポットサイズを、測定されているシート抵抗の範囲に応じてセンサ間隙距離のおよそ1.5~4倍に設定してよい。センサ間隙が小さいと、センサの測定が基板上の複数の異なる場所で行われる場合にデータの解像度が増加する可能性がある。

Claims (21)

  1. 基板上の層のシート抵抗を測定する真空前処理モジュール(VPM)計測システムであって、前記システムは、
    渦センサであって、前記渦センサは、送信器センサおよび受信器センサを有し、前記送信器センサおよび前記受信器センサは、両センサの間に、試験対象の基板のエッジを受け入れるための間隙を画成する、渦センサと、
    前記渦センサからの測定信号を受信するためのセンサコントローラと、
    前記測定信号を処理し、前記基板上の前記層のシート抵抗値を生成するデータプロセッサと、
    を備えるシステム。
  2. 請求項1に記載のシステムであって、前記基板の近接閾値を検出し、前記送信器センサおよび前記受信器センサの作動を開始させる信号を生成するためのトリガーセンサをさらに含む、システム。
  3. 請求項1に記載のシステムであって、前記間隙のサイズは、3~50mmの範囲内である、システム。
  4. 請求項3に記載のシステムであって、前記間隙のサイズは5mmである、システム。
  5. 請求項1に記載のシステムであって、前記渦センサは、前記基板上の測定位置で測定を行うように構成され、前記測定位置は、前記基板の中心と前記基板のエッジとの間の中間箇所に設けられる、システム。
  6. 請求項1に記載のシステムであって、前記システムは、銅(Cu)シード基板のシート抵抗をおよそ0.001~30オームパースクウェア(ohm/sq)の範囲内で測定するように構成される、システム。
  7. 請求項1に記載のシステムであって、前記システムは、コバルト(Co)シード基板のシート抵抗をおよそ1ohm/sq~10,000ohm/sqの範囲内で測定するように構成される、システム。
  8. 請求項1に記載のシステムであって、前記システムは、シート抵抗を最大50,000ohm/sqまで測定するように構成される、システム。
  9. 請求項1に記載のシステムであって、前記渦センサは、前記VPMのアウトバウンドロードロック(OBLL)のすぐ隣に配置され、前記VPMの製造中にシート抵抗を測定するために基板をその場で受け入れるように構成される、システム。
  10. 請求項9に記載のシステムであって、シート抵抗を測定するために前記OBLLを出ていく基板の直線経路は、前記渦センサのインラインスキャン経路と一致する、システム。
  11. 基板上の層のシート抵抗を測定する方法であって、前記方法は、
    渦センサを用意することであって、前記渦センサは、送信器センサおよび受信器センサを有し、前記送信器センサおよび前記受信器センサは、両センサの間に、試験対象の基板のエッジを受け入れるための間隙を画成する、ことと、
    前記渦センサを真空前処理モジュール(VPM)のアウトバウンドロードロック(OBLL)の隣に取り付け、前記基板のエッジを前記間隙に受け入れるように前記渦センサを構成することと、
    前記渦センサから測定信号を受信するようにセンサコントローラを構成することと、
    前記測定信号を処理し、前記基板上の前記層のシート抵抗値を生成するようにデータプロセッサを構成することと、
    を含む、方法。
  12. 請求項11に記載の方法であって、基板の近接閾値を検出し、前記送信器センサおよび前記受信器センサの作動を開始させる信号を生成するようにトリガーセンサを構成することをさらに含む、方法。
  13. 請求項11に記載の方法であって、前記間隙のサイズを3~10mmの範囲内に設定することをさらに含む、方法。
  14. 請求項13に記載の方法であって、前記間隙サイズを5mmに設定することをさらに含む、方法。
  15. 請求項11に記載の方法であって、前記基板上の測定位置で測定を行うように前記渦センサを構成することをさらに含み、前記測定位置は、前記基板の中心と前記基板のエッジとの間の中間箇所に設けられる、方法。
  16. 請求項11に記載の方法であって、銅(Cu)シード基板のシート抵抗をおよそ0.001~30オームパースクウェア(ohm/sq)の範囲内で測定するように前記システムを構成することをさらに含む、方法。
  17. 請求項11に記載の方法であって、コバルト(Co)シード基板のシート抵抗をおよそ1ohm/sq~10,000ohm/sqの範囲内で測定するように前記システムを構成することをさらに含む、方法。
  18. 請求項11に記載の方法であって、シート抵抗を最大50,000ohm/sqまで測定するように前記システムを構成することをさらに含む、方法。
  19. 請求項11に記載の方法であって、前記VPMの製造中にシート抵抗を測定するために基板をその場で受け入れるように前記渦センサを構成することをさらに含む、方法。
  20. 請求項19に記載の方法であって、シート抵抗を測定するために前記OBLLを出ていく基板の直線経路は、前記渦センサのインラインスキャン経路と一致する、方法。
  21. 機械で読み込む際に、前記機械に、基板上の層のシート抵抗を測定する方法で動作を実行させる命令を含む機械可読媒体であって、前記動作は少なくとも、
    渦センサと連絡することであって、前記渦センサは、送信器センサおよび受信器センサを有し、前記送信器センサおよび前記受信器センサは、両センサの間に、試験対象の基板のエッジを受け入れるための間隙を画成し、前記渦センサは、真空前処理モジュール(VPM)のアウトバウンドロードロック(OBLL)の隣に配置され、前記基板のエッジを前記間隙に受け入れるように構成される、ことと、
    前記渦センサから測定信号を受信するように構成されたセンサコントローラと通信することと、
    前記測定信号を処理し、前記基板上の前記層のシート抵抗値を生成するように構成されたデータプロセッサと通信することと、
    を含む、機械可読媒体。
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