JP7473645B2 - インシトゥチャンバモニタリングのための方法 - Google Patents

Description

［０００１］ 本開示の実施形態は、一般的に、処理チャンバをモニタリングするための方法に関する。特に、本開示の実施形態は、処理チャンバの保守要件及びシステム完全性をモニタリングするための方法を提供する。

［０００２］ １つ又は複数のバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）処理は、予備洗浄チャンバを使用する。予備洗浄チャンバは、一般的に、使用前に適格性が満たされている。従来、適格性には、炉アニールを加えて、自然金属酸化物として形成されたエクスシトゥ（ｅｘ－ｓｉｔｕ）金属酸化物膜を形成することが関係していた。この処理は、ウエハ内の変動及びウエハ間の変動の両方を引き起こす。また、ウエハは還元後、空気に再び曝される。測定後の処理は、バルク膜の還元を決定することだけが可能である。この処理は、チャンバ又はシステムの漏れがあるかどうかを評価するのに十分な感度を有していない。

［０００３］ したがって、システム完全性評価を可能にする、処理チャンバのモニタリング及び認定の方法が必要とされている。

［０００４］ 本開示の１つ又は複数の実施形態は、処理チャンバをモニタリングするための方法を対象とする。基板上に形成された酸化物膜のパラメータが測定される。基板上の酸化物膜は還元金属膜又は表面改質膜に還元される。還元金属膜のパラメータが測定され、酸化物膜のパラメータと還元金属膜のパラメータとを比較することによって、基板から除去された酸化物膜の量が決定される。

［０００５］ 本開示のさらなる実施形態は、処理チャンバをモニタリングする方法を対象とする。基板表面に基準方法によって形成された金属酸化物膜の基準厚が決定される。処理チャンバ内で基準方法によって形成された金属酸化物膜のサンプル厚が測定され、基準厚と比較される。

［０００６］ 本開示のさらなる実施形態は、基準方法によって形成された還元金属膜の基準厚を決定することを含む、処理チャンバをモニタリングする方法を対象とする。基準方法は、基板上に金属膜を形成することと、金属膜からＨ_２Ｏプラズマを用いて酸化物膜を形成することと、酸化物膜を還元して還元金属膜を形成することとを含む。基準方法（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ）によって調製されたサンプルの還元金属膜の厚さが測定され、基準厚と比較される。

［０００７］ 本開示のいくつかの例示的な実施形態を説明する前に、本開示は、以下の説明に記載される構成又は処理ステップの詳細に限定されないことを理解されたい。本開示は、他の実施形態も可能であり、様々な方法で実施又は実行される。

［０００８］ 本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、用語「基板」は、処理が行われる表面又は表面の一部を指す。これも当業者には当然のことであるが、基板に対して言及がなされるとき、文脈上他のことが明示されない限り、基板の一部のみを指す場合がある。さらに、基板への堆積に対して言及がなされるとき、それは、ベア基板と、１つ又は複数の膜又はフィーチャが上部に堆積又は形成された基板と、の両方を意味しうる。

［０００９］ 本明細書で使用される「基板」は、製造プロセス中に膜処理が実行される基板上に形成される任意の基板または材料表面を指す。例えば、処理が実行されうる基板表面には、用途に応じて、シリコン、酸化シリコン、ストレインドシリコン、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化シリコン、アモルファスシリコン、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料、並びに金属、金属窒化物、金属合金、及びその他の導電材料などの任意の他の材料が含まれる。基板は、半導体ウエハを含むが、これに限定されるわけではない。基板は、基板表面を研磨し、エッチングし、還元し、酸化し、ヒドロキシル化し、アニールし、ＵＶ硬化し、ｅビーム硬化し、及び／又はベークするために、前処理プロセスに曝されてもよい。基板自体の表面上で直接膜処理することに加えて、本開示では、開示された任意の膜処理ステップは、以下でより詳細に開示される基板上に形成された下層にも実施されうる。「基板表面」という用語は、文脈が示すように、このような下層を含むことが意図されている。したがって、例えば、膜／層又は部分的な膜／層が基板表面上に堆積されている場合、新たに堆積された膜／層の曝露面が基板表面となる。

［００１０］ 本開示の１つ又は複数の実施形態は、酸化物膜調製問題に対処し、及び／又は予備洗浄チャンバの適格性処理を単純化する。いくつかの実施形態は、予備洗浄チャンバの適格性確認のための時間要件を短縮する。いくつかの実施形態は、光学ベンチモジュール（例えば、偏光解析法）を、予備洗浄チャンバ性能のモニタリング、又はチャンバのトラブルシューティング、又はシステムの漏れの評価、のうちの１つ又は複数のための統合ソリューションに組み合わせる。

［００１１］ 本開示のいくつかの実施形態は、均一で制御可能な金属酸化物成長溶液を提供する。インシトゥ測定と組み合わせて、いくつかの実施形態は、ダウンタイムを低減する予備洗浄性能モニタリングのための統合ソリューションを形成する。

［００１２］ 本開示の１つ又は複数の実施形態は、処理チャンバモニタリングのための方法を対象とする。本開示の広い実施形態では、基板上に形成された金属酸化物膜のパラメータが測定される。基板上に還元金属膜を形成するため、酸化物膜が還元され、還元金属膜のパラメータが測定される。基板から除去された酸化物膜の量を決定するため、測定値が比較される。いくつかの実施形態では、酸化物膜は還元されて表面改質膜を形成し、測定されたパラメータは表面改質膜に関連付けられる。いくつかの実施形態では、酸化物膜は還元されて還元金属膜又は表面改質膜を形成し、還元金属膜又は表面改質膜のパラメータが測定される。

［００１３］ いくつかの実施形態は、最初に基板表面上に酸化物膜を形成すること、基板表面上に金属膜を堆積させること、次いで金属膜を酸化して酸化物膜を形成することによって、金属酸化物膜を完全に形成することを含む。酸化物膜は、当業者には既知である任意の適切な技術によって形成することができる。いくつかの実施形態では、基板は酸化物膜を含む。例えば、いくつかの実施形態では、基板は、１ｋÅの熱酸化物ウエハを含む。

［００１４］ いくつかの実施形態では、酸化物膜が金属膜から生成されるように、酸化物膜を形成する前に金属膜が基板上に形成される。金属膜は、当業者には既知である任意の適切な技術によって任意の適切な金属から形成することができる。いくつかの実施形態では、金属膜は、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、又はタングステン（Ｗ）のうちの１つ又は複数を含む。いくつかの実施形態では、金属膜は、本質的に、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、又はタングステン（Ｗ）のうちの１つ又は複数からなる。このように使用される「本質的に～なる」という用語は、金属膜中の金属原子の組成が、原子基準で、記載された金属の約９５％、９８％、９９％又は９９．５％以上であることを意味する。

［００１５］ 金属膜は、任意の適切な厚さに堆積させることができる。いくつかの実施形態では、金属膜は、約２００Å～約１５００Åの範囲、又は約３００Å～約１２００Åの範囲、又は約４００Å～約１０００Åの範囲の厚さを有する。

［００１６］ いくつかの実施形態では、金属膜は、銅を含むか、又は本質的に銅からなる。１つ又は複数の実施形態では、銅膜を形成する前に、タンタル膜が基板上に形成される。タンタル膜は、当業者に既知の任意の適切な技術によって形成することができる。いくつかの実施形態では、タンタル膜は、約２０Å～約１８０Åの範囲、又は約５０Å～約１５０Åの範囲の厚さに形成される。いくつかの実施形態では、銅膜は、約１００℃、８０℃、６０℃、５０℃、４０℃、３０℃または室温（２５℃）以下の温度で堆積される。

［００１７］ いくつかの実施形態では、金属膜は、コバルトを含むか、又は本質的にコバルトからなる。いくつかの実施形態では、コバルト膜を形成する前に、窒化タンタル膜が基板上に形成される。窒化タンタル膜は、当業者に既知の任意の適切な技術によって形成することができる。いくつかの実施形態では、窒化タンタル膜は、約２０Å～約４０Åの範囲の厚さを有する。

［００１８］ 金属膜を形成した後、金属膜のパラメータが測定される。いくつかの実施形態では、パラメータは、金属膜の厚さを含む。金属膜の厚さは、１つ又は複数の実施形態によれば、反射率によって測定される。いくつかの実施形態では、金属膜の反射率は、４８０ｎｍで測定され、自然酸化物を有するシリコン基板の同じ波長での反射率と比較される。純粋な銅膜は、自然酸化物膜を有するシリコン基板の反射率の約１４５％の反射率を有しうる。いくつかの実施形態では、銅膜の反射率は、ある期間にわたって処理チャンバの状態をモニタするために使用することができるベースライン又は基準厚として記憶される。いくつかの実施形態では、基準又はベースラインの厚さは、所定の基準を満たす結果を生成する「ゴールデン」チャンバ、すなわち元のままの基準チャンバを表す。いくつかの実施形態では、経時的な厚さの変化は、保守管理または予防メンテナンスが必要であるかどうかを決定するために使用される。

［００１９］ 金属膜の形成後、金属膜を酸化することにより、基板上に酸化物膜が形成される。いくつかの実施形態では、金属膜は、制御可能な酸化プロセスを用いて酸化される。いくつかの実施形態では、金属酸化物膜は、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）リモートプラズマによって形成される。いくつかの実施形態では、酸化銅膜は、約３７５℃以下、又は約３００℃～約４５０℃の範囲、又は約３２５℃～約４００℃の範囲の温度で形成される。いくつかの実施形態では、酸化コバルト膜は、約２００℃～約３００℃の範囲、又は約２２５℃～約２７５℃の範囲の温度で形成される。

［００２０］ いくつかの実施形態では、金属酸化物膜のパラメータが測定される。いくつかの実施形態では、測定されるパラメータは、金属酸化物膜の厚さである。いくつかの実施形態では、厚さは、反射率によって測定される。いくつかの実施形態では、金属酸化物膜の反射率は、チャンバのメンテナンス要件をモニタすることができる標準を提供するため、基準厚として使用される。

［００２１］ 金属酸化物膜の形成と、目的のパラメータの測定の後に、金属酸化物膜は除去される。いくつかの実施形態では、金属酸化物膜の形成及び還元された金属膜への還元は、同じ処理チャンバ内で起こる。いくつかの実施形態では、金属酸化物膜は、還元された金属膜とは異なるチャンバ内で形成される。いくつかの実施形態では、酸化物膜及び還元金属膜の形成は、エアブレーク（ａｉｒ ｂｒｅａｋ）なしで起こる。

［００２２］ 金属酸化物膜は、当業者に既知の任意の適切な技術を用いて、還元金属膜に還元することができる。いくつかの実施形態では、金属酸化物膜は、水素（Ｈ_２）を含むリモートプラズマに暴露することによって還元される。金属酸化物膜を還元金属膜に還元した後、還元金属膜のパラメータが測定される。いくつかの実施形態では、還元金属膜のパラメータは、還元金属膜の厚さを含む。いくつかの実施形態では、還元金属膜の厚さは、反射率を用いて測定される。

［００２３］ いくつかの実施形態では、金属酸化物膜を還元することにより、基板上に表面改質膜が形成される。このように使用されるように、表面改質膜は、別個の金属酸化物膜を形成するのではなく、金属を取り込んだ膜である。いくつかの実施形態では、表面改質膜は、第１の金属と金属酸化物からの金属との合金を含む。

［００２４］ いくつかの実施形態では、処理チャンバの予防メンテナンスは、４８０ｎｍにおける還元金属膜の反射率が、４８０ｎｍにおける自然酸化物膜を有するシリコン基板の反射率の１４５％未満である場合に実行される。いくつかの実施形態では、処理チャンバの予防メンテナンスは、還元された金属膜又は表面改質膜の反射率が、２００ｎｍ～９００ｎｍの波長範囲内における自然酸化物膜を有するシリコン基板の反射率の１４５％未満である場合に実行される。

［００２５］ 本開示のいくつかの実施形態は、サンプル膜厚を基準膜厚と比較することによって処理チャンバをモニタリングする方法を対象とする。いくつかの実施形態では、サンプル膜厚が基準膜厚から所定の量だけ逸脱する場合には、処理チャンバは予防メンテナンスを受ける。

［００２６］ 本開示のいくつかの実施形態は、基準方法によって基板上に形成された還元金属膜の基準厚を決定し、サンプル金属膜厚を経時的に比較することによって、処理チャンバをモニタリングする方法を対象とする。サンプル金属膜厚の基準金属膜厚からのずれは、基準膜厚を生成した理想的条件からチャンバが変化したことを示す。いくつかの実施形態では、基準方法は、基板上に金属膜を形成することと、Ｈ_２Ｏプラズマを用いて金属膜から酸化物膜を形成することと、酸化物膜を還元して還元金属膜を形成することとを含む。

［００２７］ 本明細書全体を通じて、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ又は複数の実施形態」、又は「実施形態」に対する言及は、実施形態に関連して説明されている特定の特徴、構造、材料、又は特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な場所における「１つ又は複数の実施形態において」、「特定の実施形態において」、「１つの実施形態において」、または「実施形態において」などの語句の出現は、必ずしも本開示の同じ実施形態を指すものではない。さらに、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。

［００２８］ 本明細書の開示は、特定の実施形態を参照して説明されてきたが、これらの実施形態は、本開示の原理及び用途の単なる例示であることを理解されたい。本開示の主旨及び範囲から逸脱することなく、本開示の方法及び装置に対して様々な改変及び変形を行いうることが、当業者には明らかになろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にある修正及び変形を含むことが意図される。

Claims (18)

1. 処理チャンバモニタリングのための方法であって、
   基板上に形成された酸化物膜のパラメータを測定することと、
   前記基板上に還元金属膜又は表面改質膜を形成するため、前記酸化物膜を還元することと、
   前記還元金属膜又は前記表面改質膜のパラメータを測定することと、
   前記酸化物膜の前記パラメータと前記還元金属膜の前記パラメータとを比較することによって、前記基板から除去された酸化物膜の量を決定することと、
   前記基板から除去された酸化物膜の量に基づいて、処理チャンバに対して予防メンテナンスを実行するかどうかを決定することと、
   を含む、方法。
2. 前記基板上の金属膜をＨ_２Ｏプラズマで酸化することによって、前記基板上に前記酸化物膜を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記酸化物膜を形成する前に、前記基板上に前記金属膜を堆積させることをさらに含み、前記酸化物膜は、前記金属膜から生成される、請求項２に記載の方法。
4. 前記金属膜が、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、又はタングステン（Ｗ）のうちの１つ又は複数を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記金属膜が、約２００Å～約１５００Åの範囲の厚さを有する、請求項３に記載の方法。
6. 前記金属膜が銅膜を含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記銅膜を堆積させる前に、前記基板上にタンタル膜を形成することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記タンタル膜が、約２０Å～約１８０Åの範囲の厚さを有する、請求項７に記載の方法。
9. 前記基板が、１ｋÅの熱酸化物ウエハを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記酸化物膜は、約３７５℃以下の温度で形成される、請求項９に記載の方法。
11. 前記金属膜がコバルト膜を含む、請求項５に記載の方法。
12. 前記コバルト膜を堆積させる前に、前記基板上に窒化タンタル膜を形成することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記窒化タンタル膜が、約２０Å～約４０Åの範囲の厚さを有する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記酸化物膜及び前記還元金属膜の形成は、エアブレークなしで起こる、請求項１に記載の方法。
15. 測定される前記酸化物膜の前記パラメータは、前記酸化物膜の厚さを含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記酸化物膜の前記厚さは、反射率によって測定される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記還元金属膜の前記パラメータは、反射率を含む、請求項１６に記載の方法。
18. ４８０ｎｍにおける前記還元金属膜の前記反射率が、４８０ｎｍにおける自然酸化物膜を有するシリコン基板の反射率の１４５％未満であるときに、前記処理チャンバに対して前記予防メンテナンスを実行することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。