KR101092704B1 - 다공성 물질 및 다공성 물질을 특성화하는 방법 및 시스템 - Google Patents

다공성 물질 및 다공성 물질을 특성화하는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다공성(porous) 물질 상의 처리의 유효성을 진단하는 방법 및 시스템을 제공한다. 예를 들면, 다공성 물질은 다공성 저 유전 상수의 재료를 포함할 수 있다. 특히, 본 방법은 FTIR 분광학을 이용하여 물질의 다공률을 특성화하고, 물질 내의 세공(pore)의 밀봉 유효성을 평가할 수 있다.
다공성 물질, 유전 상수, 밀봉 공정, 밀봉층, 세공

Description

다공성 물질 및 다공성 물질을 특성화하는 방법 및 시스템{POROUS MATERIALS AND METHOD AND SYSTEM FOR CHARACTERIZING POROUS MATERIALS}
(관련 기술의 교차 참조)
본 출원은 2004년 7월 30일 출원된 미국 출원 번호 10/902,578에 관한 것으로, 이것에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 여기서 참조용으로 인용되었다.
본 발명은 다공성 물질을 특성화하는 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 다공성 물질의 다공률을 특성화하는 방법 및 시스템과, 다공성 물질을 처리하는 유효성에 관한 것이다.
반도체 기술분야의 종사자들에게 알려진 바와 같이, 배선 지연은 집적 회로(IC)의 속도와 성능을 향상시키기 위한 추진력에서의 주요한 제한 요소이다. 배선 지연을 최소화하기 위한 한가지 방법은 IC의 제조 동안에 저 유전 상수(low-k)의 물질을 사용하여 배선 커패시턴스를 감소시키는 것이다. 따라서, 최근 몇 년 사이에, low-k 물질이 개발되어 이산화규소와 같은 비교적 높은 유전 상수의 절연 물질을 대체해 왔다. 특히, low-k 막이 반도체 장치의 금속층 사이의 인터-레벨(inter-level) 및 인트라-레벨(intra-level) 유전층에 이용되고 있다. 또한, 절연 물질의 유전 상수를 더욱 감소시키기 위해, 물질막이 세공(pore), 즉 다공성 low-k 유전막으로 형성된다. 이러한 low-k 막은 포토레지스트의 도포와 유사한 스핀-온 유전(spin-on dielectric; SOD) 방법에 의해, 또는 화학 기상 증착법(CVD)에 의해 피착될 수 있다. 따라서, low-k 물질의 사용은 기존의 반도체 제조 공정에 용이하게 적합할 수 있다.
low-k 물질이 반도체 회로의 제조에 유망성이 있지만, 본 발명자들은 이러한 막은 해결되어야 할 많은 문제점을 가져다주고 있음을 알고 있다. 먼저, low-k 막은 좀더 전통적인 유전층보다 덜 견고한 경향이 있고, 일반적으로 유전층을 패터닝하는데 이용되는 플라스마 에칭 및 플라스마 애싱(ashing) 공정 등에 의해서 웨이퍼 처리 중에 손상될 수 있다. 더욱이, 일부 low-k 막들은 특히 패터닝한 후 손상될 때 크게 반응하는 경향이 있어, low-k 물질이 물을 흡수하고 및/또는 유전쳉의 전기적 특성을 변경시킬 수 있는 다른 증기 및/또는 프로세스 오염물에 의해 반응하게 할 수 있다. 예를 들면, 패턴 에칭에 뒤이어, 노출된 표면은 소수성으로부터 친수성으로 변화할 수 있고, 노출된 표면층은 탄소(C)가 고갈될 수 있고, 세공에는 에칭 공정으로부터의 오염물이 남아있을 수 있다.
또한, 본 발명자들은 일부 low-k 유전막의 다공율이 종종 유전체에 의해 집적화하는 메탈라이제이션의 문제를 악화시킨다는 것을 확인했다. 일반적으로, low-k 유전체막을 갖는 구리의 메탈라이제이션의 집적화는, 금속 배선 패턴이 구리 피착에 앞서 유전막 내에 형성되는 다마신 구조(damascene structure)의 사용을 필요로 한다. 구리가 유전막 내로 확산되는 것을 최소화하기 위해, 전형적으로 배리어 층이 패턴 에칭에 뒤이어 이 패턴의 내부 표면상에 형성된다.
그렇지만, 유전막에서의 패턴의 에칭에 뒤이은 세공의 노출 및/또는 low-k 막의 손상은 이 노출된 세공에 국소적인 배리어 막 내의 결함을 통해서 구리 및 배리어 물질의 프리커서(precursor)가 확산될 뿐만 아니라 유전막에 배리어 층이 불량하게 접합된다는 문제를 초래한다.
본 발명의 하나의 목적은 상술한 문제점 또는 다공성 막의 처리에 관련된 종래 기술에서의 다른 문제점들을 감소 또는 해소하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다공성 물질을 처리하는 유효성을 결정하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다공성 물질을 밀봉하는 유효성을 결정하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다공성 저 유전 상수 막을 밀봉하는 유효성을 결정하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 배리어 물질, 시드(seed) 물질, 또는 벌크(bulk) 물질, 또는 이들의 조합의 다공성 막으로의 확산을 감소시키기 위해 다공성 막을 처리하는 유효성을 결정하고, 및/또는 다공성 막에 대한 배리어 막의 접합을 향상시키는 유효성을 결정하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다공성 물질의 다공률을 특성화하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 다른 목적들은 다공성 물질을 특성화하는 방법에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따라, 본 발명의 방법은, 기판상에 형성된 다공성 물질의 하나 이상의 표면상에 밀봉 공정을 실행하는 단계와; 다공성 물질 상의 하나 이상의 표면을 처리제(treat agent)에 노출시키는 단계로서, 처리제는 하나 이상의 표면을 투과하여 다공성 물질 내에서 확산하도록 구성되는 것인, 상기 노출시키는 단계와; 노출에 이어 다공성 물질로부터 처리제의 방출(release)을 모니터링하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 형태에 따라, 다공성 물질은, 세공(pore)의 매트릭스를 갖는 벌크(bulk) 물질과; 벌크 물질에 결합되는 밀봉층으로서, 실질적으로 세공이 없도록 구성되는 밀봉층과; 밀봉층을 투과하여 세공의 매트릭스 내에서 확산하도록 구성되는 처리제를 포함한다.
본 발명의 또 다른 형태에 따라, 다공성 물질을 특성화하는 시스템은, 다공성 물질의 하나 이상의 표면상에 밀봉층을 형성하도록 구성된 밀봉 시스템과; 밀봉 시스템에 결합되어 다공성 물질을 처리제에 노출시키도록 구성된 처리 시스템으로서, 처리제는 밀봉층을 투과하여 다공성 물질의 세공 매트릭스 내에서 확산하도록 구성된 것인, 상기 처리 시스템과; 처리 시스템에 결합되어, 다공성 물질로부터 처리제의 방출을 모니터링하도록 구성된 모니터링 시스템을 포함한다.
도 1a 내지 1d는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 막(porous film)을 특성화하는 방법의 단순 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 막을 특성화하는 방법을 나타내는 도면.
도 3은 다공성 막의 특성화로부터 얻어진 예시적인 파수(wavenumber) 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 4a 및 도 4b는 타원 다공법(ellipsometric porosimetry) 측정치로부터 얻 어진 예시적인 데이터를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 막을 특성화하는 시스템을 나타내는 도면.
다음의 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 도우면서 제한적이지 않고 설명할 목적으로, 다공성 막 또는 다공성 기판을 특성화하는 특정 공정, 및 다공성 막과 다공성 기판의 다양한 설명과 같은 세부 사항들을 설명한다. 그렇지만, 본 발명이 이러한 세부 사항들을 벗어나는 다른 실시예로서 실시될 수 있음을 이해해야 한다.
그럼에도 불구하고, 일반적 개념의 본 발명의 본질이 설명되지만, 본 발명의 본질의 특징점들이 또한 상세한 설명 내에 포함된다는 것을 이해해야 한다.
앞선 본 발명의 배경 부분에서 설명한 바와 같이, low-k 유전막과 같은 다공성 막은 손상 및 오염되기 쉬워, 배리어 금속 확산 및 열악한 접합을 초래할 수 있다. 본 발명자들은 밀봉 처리를 실행하는 것이 일부 이러한 문제들을 감소 또는 해소할 수 있음을 밝혀냈다. 또한, 아래에서 부가적으로 설명되는 바와 같이, 본 발명자들은 다공성 막에 형성되는 밀봉의 유효성 및/또는 다공성 막의 특성을 결정하는 것이 유용하다는 것을 알았다. 따라서, 이제부터 여러 도면 전반에 걸쳐 동일 또는 대응하는 부분에 동일한 참조 부호가 지정된 도면을 참조하면, 도 1a 내지 도 1d는 상부에 다공성 물질을 갖고 본 발명의 실시예에 따른 다공성 물질을 특성화하는 방법이 실시된 기판의 개략도를 나타낸다. 또한, 도 2는 도 1a 내지 도 1d에 대응하는 방법 단계를 이행하는 플로차트(100)를 나타낸다. 비록 도 1a 내지 도 1d에서 다공성 물질이 기판상에 형성된 다공성 막으로서 설명되고 있지만, 본 발명은 다공성 기판에 적용될 수 있다.
도 1a 및 도 2의 단계(110)에 나타낸 바와 같이, 세공(pore; 25)의 매트릭스를 갖는 다공성 막(20)은 부가적인 층을 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있는 기판(10)의 상면에 형성된다. 기판(10)은 반도체이거나, 또는 유전막(dielectric film)이 형성되는 임의의 다른 기판일 수 있다. 예를 들면, 다공성 막(20)은 대략 4인 SiO2의 유전 상수보다 적은 공칭 유전 상수를 갖는 저 유전 상수(low-k)의 유전막을 포함할 수 있다(예컨대, 열 이산화규소에 대한 유전 상수는 3.8 내지 3.9의 범위를 가질 수 있음). 보다 구체적으로, 다공성 막(20)은 3.0미만의 유전 상수, 또는 1.6 내지 2.7 사이의 유전 상수를 가질 수 있다.
또한, 예를 들면, 다공성 막(20)은 화학 기상 증착(chemical vapor depositon; CVD) 기술, 또는 Tokyo Electron Limited(TEL)로부터 시판되는 Clean Track ACT 8 SOD 및 ACT 12 SOD 코팅 시스템에서 제공되는 것과 같은 스핀-온 유전(spin-on dielectric; SOD) 기술을 이용하여 형성될 수 있다. Clean Track ACT 8(200 mm) 및 ACT 12(300 mm) 코팅 시스템은 SOD 물질에 대한 코팅, 베이킹, 및 큐어(cure) 도구를 제공한다. 트랙(track) 시스템은 100 mm, 200 mm, 300 mm, 및 그 이상의 기판 사이즈를 처리하도록 구성될 수 있다. 기판상에 유전막을 형성하는 다른 시스템 및 방법들은 스핀-온 유전 기술 및 CVD 유전 기술 모두의 기술 분야에서 숙련된 사람들에게 잘 알려져 있다.
또한, 다공성 막(20)은 유기, 무기, 및 무기-유기 하이브리드 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 다공성 막은 CVD 기술을 사용하여 피착되는 산화 유기실란(또는 유기실록산)과 같은 무기, 실리케이트계 물질을 포함할 수 있다. 이러한 막의 예는 Applied Materials, Inc.로부터 시판되는 Black Diamond™ CVD 오가노실리케이트 글라스(organosilicate glass; OSG) 막, 또는 Novellus Systems로부터 시판되는 Coral™ CVD 막을 포함한다. 또한, 예를 들면, 다공성 유전막은 작은 보이드(또는 세공)을 형성하기 위해 경화 중에 파괴되는 CH3 결합을 갖는 산화규소계 매트릭스와 같은 단상(single-phase) 물질을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들면, 다공성 유전막은 경화 공정 중에 기화되는 유기 물질(예컨대, 포로겐(porogen))의 세공을 갖는 산화규소계 매트릭스와 같은 2상 물질을 포함할 수 있다. 변형적으로, 다공성 막(20)은 SOD 기술을 이용하여 피착되는 수소 실세스퀴옥산(hydrogen silsesquioxane; HSQ) 또는 메틸 실세스퀴옥산(methyl silsesquioxane; MSQ)과 같은 무기, 실리케이트계 물질을 포함할 수 있다. 이러한 막의 예는 Dow Corning으로부터 시판되는 FOx HSQ, Dow Corning으로부터 시판되는 XLK porous HSQ, 및 JSR Microelectronics으로부터 시판되는 JSR LKD-5109를 포함한다. 더 변형적으로, 다공성 막(20)은 SOD 기술을 이용하여 피착되는 유기 물질을 포함할 수 있다. 이러한 막의 예는 Dow Chemical로부터 시판되는 SiLK-I, SiLK-J, SiLK-H, SiLK-D, 및 다공성 SiLK 반도체 유전 수지, FLARETM 및 Honeywell로부터 시판되는 나노글라스(Nanoglass)를 포함한다. 또한, 예를 들면, 다공성 유전막은 ASM America, Inc.로부터 시판되는 Aurora™ low-k 물질을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들면, 다공성 유전막은 Trikon Technologies로부터 시판되는 Orion™ low-k 물질을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들면, 다공성 유전막은 Rohm and Haas Electronic Materials로부터 시판되는 Zikon™ low-k 물질을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들면, 다공성 유전막은 Catalysis and Chemicals Industry Company, Limited로부터 시판되는 나노-클러스터링 실리카(nano-clustering silica)를 포함할 수 있다.
일단 다공성 막(20)이 준비되면, 다공성 막(20)의 노출된 표면은 이 표면에서 노출된 세공을 밀봉하여 도 1b에 도시된 바와 같이 밀봉층(30)을 형성하도록 단계(120)에서 밀봉 공정을 이용하여 처리된다. 앞선 본 발명의 배경 부분에서 논의된 바와 같이, 본 발명자는 다공성 막 내의 노출된 세공은 수분 축적의 장소뿐만 아니라, 오염의 장소로 될 수 있다는 것을 확인했다. 예를 들면, 다공성 막의 패턴 에칭에 뒤이은 다공성 low-k 유전막 내의 세공의 노출은 유전 상수의 손실(즉, 유전 상수 값의 증가), 수분 오염, 및 에칭후 잔류물의 축적을 초래할 수 있다. 또한, 예를 들면, 패터닝된 다공성 low-k 유전막 내의 노출된 세공은 low-k 유전막 내로의 금속 마이그레이션을 초래하는 백엔드오브라인(back end of line; BEOL) 금속 층간 배선 및 층내 배선에서의 배리어 막 품질이 불량해지기 쉽다. 따라서, 다공성 막은 내부에 오염을 방지하도록 밀봉하여, 후속 공정을 위해 양호한 배리어 특성을 제공해야 한다.
밀봉 공정은 노출된 세공을 실질적으로 폐쇄함으로써, 노출된 표면을 밀봉하여 밀봉층을 형성하도록 구성되는 임의의 밀봉 공정을 포함할 수 있다. 예를 들면, 다공성 low-k 유전막에 대한 밀봉 공정은 플라스마 처리를 포함할 수 있고, 이에 의해서 다공성 막의 표면에는 고밀도화(densification)가 행해져 플라스마에의 노출을 통해서 밀봉층(30)을 형성한다. 플라스마 처리는 패턴을 다공성 막에 전사하도록 건식 플라스마 에칭 공정을 포함할 수 있고, 또는 다공성 막으로부터 포토레지스트나 포토레지스트 잔류물을 제거하도록 건식 플라스마 애싱 단계를 포함할 수 있고, 또는 다공성 막 표면층의 플라스마 침입 이온 충격을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들면, 밀봉 공정은 "METHOD AND SYSTEM FOR USING ION IMPLANTATION FOR TREATING A LOW-K DIELECTRIC FILM" 명칭으로 2004년 6월 2일자 출원된 계류중인 미국특허출원 제10/857,935호에 의해 상세히 기술된 바와 같이, 이온 주입을 이용한 다공성 막 표면층의 고밀도화를 포함할 수 있는데, 상기 출원의 전체 내용이 본원 참고로 반영되어 있다. 또한, 예를 들면, 밀봉 공정은 액침 처리(liquid immersion treatment), 기상 처리, 또는 초임계 유체 처리를 이용하여 밀봉제에 다공성 막을 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 다공성 막을 밀봉하는 상세 내용은 "METHOD AND SYSTEM FOR TREATING A DIELECTRIC FILM" 명칭으로 2003년 10월 10일자 출원된 계류중인 미국특허출원 제10/682,196호에서 제공되며, 상기 출원의 전체 내용이 본원에 참고로 반영되어 있다. 또한, 예를 들면, 밀봉 공정은 밀봉층, 또는 배리어 층으로 작용하도록 다공성 막 상에 박막을 피착하는 것을 포함할 수 있다. 박막은 스핀-온 기술 및 화학 기상 증착(CVD)과 같은 종래의 기술을 이용하여 피착될 수 있다.
예컨대 밀봉 등에 의한 다공성 막의 처리에 부가하여, 본 발명자는 또한 다공성 막에 대한 처리의 유효성을 결정하는 것이 유용하다는 것을 알았다. 예를 들면, 상이한 low-k 막은 원하는 특성을 제공하기 위해 상이한 처리 공정을 필요로 할 수 있다. 또한, 특정한 low-k 막은 상이한 처리 기술 또는 막이 노출될 처리 단계에 좌우되는 처리 레벨을 필요로 할 수 있다. 따라서, 본 발명자는 다공성 막 상에 형성된 밀봉의 유효성을 결정하는 방법을 밝혀냈다. 본 발명의 방법에 의해, 밀봉 기술 및 다공성 막 자체는 특성화될 수 있다.
이제부터 도 1c를 참조하면, 밀봉 공정의 유효성은 단계(130)에서의 다공성 막(20) 및 밀봉층(30)을 처리제에 노출시킴으로써 결정된다. 예를 들면 처리제는 초임계 상태에서 준비될 수 있다. 또한, 예를 들면, 처리제는 초임계 이산화탄소(CO2)를 포함할 수 있다. 도 1c에 나타낸 바와 같이, 처리제(40)는 밀봉층(30)을 투과하고, 처리제(45)의 일부는 다공성 막(20)의 세공(25)의 매트릭스 내에서 확산된다. 처리제는 밀봉층(30)을 투과하여 다공성 막(20) 내로 들어갈 수 있는 임의의 원자나 분자를 포함할 수 있다. 또한, 처리제는 분자가 밀봉층(30)을 투과하여 다공성 막(20) 내로 들어가도록 허용할 만큼 충분히 작은 분자 사이즈를 가질 수 있다. 처리제에 다공성 막(20)을 노출시키는 것은 밀봉 공정 중에 또는 그 후에 발생할 수 있다. 예를 들면, 밀봉 공정은 밀봉제를 운반하는데 초임계 유체를 사용함으로써, 밀봉제는 다공성 막을 밀봉하고, 초임계 유체의 분자는 다공성 막(20) 내에서 확산될 수 있다. 또한, 예를 들면, 처리제에 다공성 막(20)을 노출시키는 것은 초임계 유체 처리, 세정(cleaning), 또는 힐링(healing) 공정 중에 또는 그 후에 발생할 수 있다.
처리제에 다공성 막(20)을 노출시킨 후에, 다공성 막(20)은 밀봉층을 통해 세공 매트릭스로부터 처리제가 방출되는 것을 검출하도록 처리제 모니터링 시스템을 사용하여 단계(140)에서 모니터링된다. 처리제가 다공성 막으로부터 방출되는 속도는 밀봉 공정의 유효성을 결정하는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 처리제 모니터링 시스템은 푸리에 변환 적외선(Fourier Transform Infrared; FTIR) 분광기를 포함할 수 있다.
일례에서, 다공성 low-k 막은 초임계 CO2에 노출되고, FTIR 분광기는 다공성 막으로부터 CO2가 방출되는 것을 검출하는데 이용된다. 도 3은 low-k Black Diamond® 막과 같은 다공성 유기-실리카 글라스(organo-silica glass; OSG) 막에 대한 예시적인 파수 스펙트럼을 예시한다. 검사에 의해, CO2의 존재는 2340 cm-1에서의 CO2 피크의 존재에 의해 검출된다. CO2가 다공성 막 내의 세공 매트릭스로부터 방출되는 동안, 파수 스펙트럼은 이 피크를 나타낸다. 그렇지만, 시간이 경과하면서, 이 피크는 실질적으로 모든 CO2가 다공성 막으로부터 방출될 때 비검출 가능 레벨로 감쇠한다. 피크가 감쇠하는데 걸리는 시간량은 밀봉 공정의 유효성을 나타낸다. 예를 들면, 피크 감쇄가 비교적 긴 시간 주기 동안 발생하는 경우에, 밀봉은 유효한 것으로 결정된다. 그렇지만, 피크 감쇄가 매우 짧은 시간 주기 동안 발생하는 경우에, 밀봉은 유효성이 떨어지는 것으로 결정된다. 일 실시예에서 밀봉의 유효성은 측정된 처리제의 방출 속도와 효과적으로 밀봉된 막을 나타내는 임계값과 비교함으로써 결정된다. 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해하는 바와 같이, 본 발명에 따른 밀봉의 유효성의 결정은 사용되는 low-k 막 및 이 low-k 막이 노출될 공정 단계에 크게 좌우된다. 또한, 유효성을 결정하는 것에 부가하여, 밀봉 공정 후, 파수 스펙트럼 내의 CO2 피크의 크기는 세공 매트릭스 내에서 CO2를 보유하는 다공성 막의 용량을 나타낼 수 있으므로, 이 크기는 세공 사이즈, 세공 체적, 또는 이들의 조합을 결정하는데 유용할 수 있다.
비교예에서, 2개의 다공성 low-k 막이 준비되는데, 첫 번째는 OSG 막이고, 두 번째는 JSR LKD 5109 막과 같은 메틸 실세스퀴옥산(MSQ) 막이다. 각 막의 피착에 뒤이어, 각 막을 밀봉할 부가적인 의도로 막에는 에칭 및 애싱 공정이 이행된다. 이후, 플라스마 처리 등의 밀봉 공정의 유효성은 첫 번째로 타원 다공법(ellipsometric porosimetry; EP)을 이용하고, 그리고, 두 번째로, 처리제 방출용 FTIR 분광기를 사용하여 다공성 막을 처리제에 노출시켜 모니터링하는 상술한 방법을 이용하여 결정된다. 타원 다공법은 다공성 막을 기상(vapor phase) 톨루엔에 노출시키는 단계와, 톨루엔이 잠재적으로 흡착되고, 톨루엔에의 노출에 뒤이어 탈리되는 동안 다공성 막의 굴절률(refractive index; RI)을 모니터링하는 단계를 수반한다. 다공성 막의 표면이 충분히 밀봉되면, 톨루엔은 다공성 막 내로 들어가 흡착될 수 없고, 다공성 막의 굴절률은 흡착(adsorption; ads) 및 탈리(desorption; des) 중에 변화되지 않는다. 반대로, 다공성 막이 충분히 밀봉되지 않으면, 톨루엔은 다공성 막 내로 들어가 흡착될 수 있고, 다공성 막의 굴절률은 변화된다. 막이 밀봉되는지 안 되는지를 결정하는데 EP 방법이 효과적이지만, 이 방법은 밀봉 유효성의 다양한 레벨을 결정하거나, 또는 다공성 막 자체를 특성화하는데 이용될 수 없다. 더욱이, 톨루엔의 사용은 어떤 막에는 비효과적이거나 바람직하지 않을 수 있다.
표 1은 피착되었을 때, 및 에칭/애싱 공정(또는 밀봉 공정) 이후의 양 막에 대한 타원 다공법 측정 및 FTIR CO2 모니터링의 결과를 제공한다. 피착된 상태의 양 막에 대해서, EP 결과는 양 막이 아직 처리제에 노출되어 있지 않기 때문에 개방 세공과, 기대한 바와 같이, CO2 피크 없음을 나타낸다. 에칭/애싱 공정 이후에, EP 결과는 OSG 막이 밀봉되고 MSQ 막이 밀봉되지 않은 것을 나타낸다. 구체적으로, 도 4a 및 도 4b는 OSG 막과 MSQ 막 각각에 대한 다공성 막에의 노출 중에 기상 톨루엔의 압력(P)의 함수(포화 압력과 같은 기준 압력(Po)으로 표준화함)로서 굴절률을 제공한다. 도 4a 및 도 4b의 검사는 OSG 막이 밀봉되고(불변 RI), MSQ 막이 밀봉되지 않은 것(가변 RI)을 나타낸다.
게다가, 초임계 CO2에의 양 막의 노출 및 양 막의 FTIR 모니터링은 OSG 막이 처리제에 노출시킨 직후의 CO2 피크와 노출후 5시간 후의 검출 가능한 CO2 피크 없음을 보여주는 반면, MSQ 막은 EP 결과와 일치하게 노출 직후 또는 노출후 5시간 후의 검출 가능한 CO2 피크 없음을 보여주고 있음을 나타낸다. MSQ 막에 대한 피크의 완전한 부재는 측정 기술에 의해 검출될 수 있는 것보다 더 빨리 막으로부터 CO2가 새나가기 때문인 것으로 여겨진다.
Figure 112007009461876-pct00001
이제부터 도 5를 참조하여, 다공성 막 또는 다공성 기판을 특성화하는 시스템을 설명한다. 시스템(500)은 다공성 막(또는 다공성 기판)을 밀봉하도록 구성된 밀봉 시스템(510), 이 밀봉 시스템에 결합되어 다공성 막(또는 다공성 기판)을 처리제에 노출시키도록 구성된 처리 시스템, 및 처리 시스템(520)에 결합되어 다공성 막(또는 다공성 기판)으로부터 처리제가 방출되는 것을 모니터링하도록 구성된 처리제 모니터링 시스템(530)를 포함한다. 밀봉 시스템 및 처리 시스템은 동일한 시스템일 수 있다. 밀봉 시스템은 플라스마 처리 시스템, 건식 플라스마 에칭 시스템, 건식 플라스마 애싱 시스템, 액침 시스템, 기상 처리 시스템, 초임계 유체 처리 시스템, 이온 주입 시스템, 또는 피착 시스템(스핀-온 피착 시스템, 또는 화학 기상 증착 시스템 등), 또는 이들의 임의 조합을 포함할 수 있다. 처리 시스템은 초임계 유체 처리 시스템, 액침 시스템, 또는 기상 처리 시스템, 또는 이들의 임의 조합을 포함할 수 있다. 처리제 모니터링 시스템은 Thermo Nicolet으로부터 시판되는 Model No. AVATAR 370 FT-IR과 같은 FTIR 분광기를 포함할 수 있다.
또한, 다공성 막(또는 다공성 기판)을 특성화하는 시스템은, 밀봉 시스템(510)에 결합된 제어기(540), 처리 시스템(520), 및 처리제 모니터링 시스템(530)을 포함할 수 있다. 제어기(540)는 밀봉 시스템(510), 처리 시스템(520), 및 처리제 모니터링 시스템(530)과 통신하여 이들 시스템들에 대한 입력을 활성화할 뿐만 아니라, 이들 시스템들로부터의 출력을 모니터링하는데 충분한 제어 전압을 발생시킬 수 있는 마이크로프로세서, 메모리, 및 디지털 I/O 포트(잠재적으로 D/A 및/또는 A/D 컨버터를 포함함)를 포함한다. 메모리에 저장된 프로그램은 저장된 프로세스 레시피에 따라 시스템(510, 520, 530)과 상호 작용하도록 이용된다. 제어기(540)의 일례는 텍사스주 오스틴시의 Dell Corporation으로부터 입수 가능한 DELL PRECISION WORKSTATION 530™이다. 제어기(540)는 또한 범용 컴퓨터, 디지털 신호 처리기 등으로서 구현될 수 있다.
제어기(540)는 밀봉 시스템(510), 처리 시스템(520), 및 처리제 모니터링 시스템(530)에 대하여 근접 배치될 수 있고, 또는 인터넷이나 인트라넷을 통해 원격 배치될 수 있다. 따라서, 제어기(540)는 직접 접속, 인트라넷, 및 인터넷 중 적어도 하나를 이용하여 밀봉 시스템(510), 처리 시스템(520), 및 처리제 모니터링 시스템(510)와 데이터를 교환할 수 있다. 제어기(540)는 고객 사이트(즉, 장치 제조업체 등)에서 인트라넷에 결합되거나, 판매자 사이트(즉, 설비 제조업체 등)에서 인트라넷에 결합될 수 있다. 또한, 또 다른 컴퓨터(즉, 제어기, 서버 등)는 직접 접속, 인트라넷, 및 인터넷 중 적어도 하나를 통해서 데이터를 교환하도록 제어기(540)에 액세스할 수 있다.
제어기(540)는 또한 다공성 막(또는 다공성 기판) 상에 실행되는 밀봉 공정의 유효성을 결정하도록, 보다 구체적으로, 밀봉 공정에 의해 형성되는 밀봉층의 유효성을 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 처리제가 다공성 막으로부터 방출되는 속도는 임계값과 비교될 수 있다. 측정된 속도가 임계값을 초과하면, 다공성 막은 효과적으로 밀봉되지 않도록 결정될 수 있다. 속도가 임계값을 초과하지 않으면, 다공성 막은 효과적으로 밀봉되도록 결정될 수 있다. 변형적으로, 제어기는 처리제 방출 기간으로부터 밀봉 공정 유효성을 결정할 수 있다. 처리제를 방출하는 기간이 길수록, 밀봉층은 더 효과적이다.
본 발명의 일부 예시적 실시예만이 위에서 상세히 설명되었지만, 당업자들은 본 발명의 신규한 교시 및 이점을 크게 벗어나지 않고서 예시적인 실시예에서 많은 개량이 가능하다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 다공성 막의 논의에 다공성 low-k 막이 포함되었지만, 본 발명은 이러한 막만을 처리하는 것으로 제한되지 않고, 임의의 다공성 막을 처리하도록 구현될 수 있다. 따라서, 이러한 모든 개량들은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (25)

  1. 다공성(porous) 물질의 하나 이상의 표면상에 밀봉 공정을 수행하는 단계와,
    상기 다공성 물질 상의 상기 하나 이상의 표면을 처리제(treat agent)에 노출시키는 단계로서, 상기 처리제는 상기 하나 이상의 표면을 투과하여 상기 다공성 물질 내에서 확산하도록 구성되는 것인, 상기 노출시키는 단계와,
    상기 노출에 이어 상기 다공성 물질로부터의 상기 처리제의 방출을 모니터링하는 단계와,
    상기 처리제가 상기 다공성 물질로부터 방출되는 속도를 결정함으로써 상기 밀봉 공정의 유효성을 결정하는 단계
    를 포함하는 물질의 특성화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수행하는 단계는, 다공성 유전막 상에 밀봉 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것인 물질의 특성화 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수행하는 단계는, 다공성 저 유전 상수(low-k)의 막 상에 밀봉 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것인 물질의 특성화 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 공정을 수행하는 단계는, 플라스마 처리 공정, 건식 플라스마 에칭 공정, 건식 플라스마 애싱(ashing) 공정, 기상(vapor phase) 처리 공정, 액침(liquid immersion) 공정, 피착(deposition) 공정, 또는 초임계 유체(supercritical fluid) 공정, 또는 이들의 조합에 상기 다공성 물질의 상기 하나 이상의 표면을 노출시키는 단계를 포함하는 것인 물질의 특성화 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 다공성 물질의 상기 하나 이상의 표면을 상기 처리제에 노출시키는 단계는, 상기 하나 이상의 표면을 초임계 유체에 노출시키는 단계를 포함하는 것인 물질의 특성화 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 하나 이상의 표면을 상기 초임계 유체에 노출시키는 단계는, 상기 하나 이상의 표면을 초임계 이산화탄소에 노출시키는 단계를 포함하는 것인 물질의 특성화 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 처리제의 방출을 모니터링하는 단계는, 푸리에 변환 적외선(Fourier transform infrared; FTIR) 분광기를 사용하는 단계를 포함하는 것인 물질의 특성화 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 FTIR 분광기를 사용하는 단계는, 상기 FTIR 분광기를 사용하여 상기 다공성 물질로부터의 이산화탄소의 방출을 검출하는 단계를 포함하는 것인 물질의 특성화 방법.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 유효성을 결정하는 단계는 상기 속도를 임계값과 비교하는 단계를 포함하고, 상기 임계값을 초과하지 않는 상기 속도는 밀봉된 다공성 물질을 나타내는 것인 물질의 특성화 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 수행하는 단계는, 다공성 기판 상에 밀봉 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것인 물질의 특성화 방법.
  12. 세공(pore)의 매트릭스를 갖는 벌크(bulk) 물질과,
    상기 벌크 물질에 결합되며 세공이 없도록 구성되는 밀봉층과,
    상기 밀봉층을 투과하여 상기 세공의 매트릭스 내에서 확산하도록 구성되는 처리제
    를 포함하고,
    상기 처리제가 상기 밀봉층을 통해서 상기 세공의 매트릭스로부터 방출되는 속도는, 상기 세공의 매트릭스를 밀봉하는 상기 밀봉층의 유효성을 나타내는 것인 다공성 물질.
  13. 제12항에 있어서, 상기 세공의 매트릭스를 갖는 상기 벌크 물질은 다공성 유전막인 것인 다공성 물질.
  14. 제12항에 있어서, 상기 세공의 매트릭스를 갖는 상기 벌크 물질은 다공성 저 유전 상수(low-k)의 막인 것인 다공성 물질.
  15. 제12항에 있어서, 상기 밀봉층은, 플라스마 처리 공정, 건식 플라스마 에칭 공정, 건식 플라스마 애싱 공정, 기상 처리 공정, 액침 공정, 피착 공정, 또는 초임계 유체 공정, 또는 이들의 조합에 상기 벌크 물질을 노출시킴으로써 형성되는 것인 다공성 물질.
  16. 제12항에 있어서, 상기 처리제는, 상기 처리제를 포함하는 초임계 유체에 상기 벌크 물질을 노출시킴으로써 상기 세공의 매트릭스 내에서 확산되는 것인 다공성 물질.
  17. 제16항에 있어서, 상기 처리제는 초임계 이산화탄소를 포함하는 것인 다공성 물질.
  18. 삭제
  19. 제12항에 있어서, 상기 속도는, 푸리에 변환 적외선(FTIR) 분광기를 사용하여 상기 처리제의 방출을 모니터링함으로써 결정되는 것인 다공성 물질.
  20. 제19항에 있어서, 상기 FTIR 분광기는, 상기 세공의 매트릭스로부터의 이산화탄소의 방출을 검출하도록 구성된 FTIR 분광기를 포함하는 것인 다공성 물질.
  21. 다공성 물질을 특성화하는 시스템에 있어서,
    상기 다공성 물질의 하나 이상의 표면상에 밀봉층을 형성하도록 구성된 밀봉 시스템과,
    상기 밀봉 시스템에 결합되어 상기 다공성 물질을 처리제에 노출시키도록 구성된 처리 시스템으로서, 상기 처리제는 상기 밀봉층을 투과하여 상기 다공성 물질의 세공의 매트릭스 내에서 확산하도록 구성된 것인, 상기 처리 시스템과,
    상기 처리 시스템에 결합되어 상기 다공성 물질로부터의 상기 처리제의 방출을 모니터링하도록 구성된 모니터링 시스템과,
    상기 모니터링 시스템에 결합된 제어기로서, 상기 처리제가 상기 다공성 물질로부터 방출되는 속도를 결정함으로써 상기 다공성 물질을 밀봉하는 상기 밀봉층의 유효성을 결정하도록 구성된 상기 제어기
    를 포함하는 다공성 물질의 특성화 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 모니터링 시스템은, 푸리에 변환 적외선(FTIR) 분광기를 포함하는 것인 다공성 물질의 특성화 시스템.
  23. 삭제
  24. 제21항에 있어서, 상기 밀봉 시스템은, 플라스마 처리 시스템, 건식 플라스마 에칭 시스템, 건식 플라스마 애싱 시스템, 액침 시스템, 기상 처리 시스템, 피착 시스템, 또는 초임계 유체 처리 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 다공성 물질의 특성화 시스템.
  25. 제21항에 있어서, 상기 처리 시스템은, 액침 시스템, 기상 처리 시스템, 또는 초임계 유체 처리 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 다공성 물질의 특성화 시스템.
KR1020077002483A 2004-07-30 2005-07-15 다공성 물질 및 다공성 물질을 특성화하는 방법 및 시스템 KR101092704B1 (ko)

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