KR20130026424A - 증발 동안에 금 스피팅과 레지스트 가교를 방지하는 전자 방출 모니터링 시스템 - Google Patents

증발 동안에 금 스피팅과 레지스트 가교를 방지하는 전자 방출 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에서 이용되는 금속 슬러그 상의 불순물의 제위치 측정을 위한, 및 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템을 이용하여 반도체 제조 공정의 생산 수율을 향상시키기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템의 퇴적 챔버에 배치된 전극 상의 전압 및/또는 전류 레벨이 모니터링되고 금속 슬러그의 오염을 측정하기 위해 이용된다. 전압이나 전류가 소정 레벨에 도달하면, 퇴적이 완료되고, 시스템은 오염에 대해 검사된다.

Description

증발 동안에 금 스피팅과 레지스트 가교를 방지하는 전자 방출 모니터링 시스템{ELECTRON RADIATION MONITORING SYSTEM TO PREVENT GOLD SPITTING AND RESIST CROSS-LINKING DURING EVAPORATION}
35 U.S.C §119(e)의 규정에 따라 본 출원은, 2010년 2월 10일 출원된 발명의 명칭이 "ELECTRON RADIATION MONITORING SYSTEM TO PREVENT GOLD SPITTING AND RESIST CROSS LINKING DURING EVAPORATION"인 미국 가출원 번호 제61/303,040호의 우선권을 주장하며, 본 명세서에 그 전체를 참조용으로 인용한다.
본 개시는 대체로 금속 퇴적 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 전자빔 금속 증발/퇴적에서 이용되는 금속 증발 소스에서 불순물에 의해 야기되는 조건의 검출 및/또는 교정을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전자 장치에 이용하기 위한 마이크로칩을 형성하는 반도체 웨이퍼의 처리에서의 다양한 단계들은 반도체 웨이퍼 상에 하나 이상의 금속층을 퇴적하는 것을 포함한다. 이들 금속막들은, 예를 들어, 금속 콘택트 또는 도전성 경로를 형성하는 데 이용된다. 금속막은 일반적으로 화학적 기상 증착(CVD; chemical vapor deposition) 시스템 또는 물리적 기상 증착(PVD; physical vapor system) 시스템 중 어느 하나를 이용하여 반도체 웨이퍼 상에 퇴적된다. PVD 시스템은 일반적으로 스퍼터링 시스템과 증착 시스템으로 구분된다.
스퍼터링 시스템에서, 예를 들어, 아르곤 이온과 같은 이온의 에너지 빔이 진공 챔버 내의 금속 타겟으로 향한다. 에너지 이온은 금속 원자를 두들겨 타겟으로부터 자유롭게 한다. 자유 금속 원자는 진공 챔버를 통하여 이동하여 진공 챔버에 역시 존재하는 하나 이상의 웨이퍼에 퇴적된다.
증발 시스템(여기서는 증발/퇴적 시스템이라고도 함)에서, 일부 시스템에서는 약 10-7 토르(Torr)로 유지되는, 진공 챔버에서 금속 소스(여기서는 금속 슬러그라고도 함)가, 금속이 녹아 금속 소스로부터 원자가 증발할 때까지 가열된다. 금속 소스는, 예를 들어 저항성 가열을 포함한 다수의 방법들 중 임의의 방법에 의해, 또는 전자빔을 금속 소스로 향하게 함으로써 가열될 수 있다. 금속 소스로부터 증발된 금속 원자는 진공 챔버를 통하여 이동하여 진공 챔버에 역시 존재하는 하나 이상의 반도체 웨이퍼에 퇴적된다.
반도체 웨이퍼 상으로의 금속의 퇴적 동안에, 일부 반도체 제조 공정에 따르면, 반도체 웨이퍼는, 금속막이 형성되지 않는 것이 바람직한 웨이퍼 상의 영역에 통상 "마스크"라 불리는 차단 물질로 피복될 수 있다. 마스크는, 예를 들어, 포토레지스트(여기서는 "레지스트"라고도 함)의 패터닝된 층으로부터 형성될 수 있다. 웨이퍼 상에서 금속막이 퇴적되는 것이 바람직한 곳에는 마스크에 개방 영역이 형성된다. 이들 개방 영역은, 예를 들어, 웨이퍼에 포토레지스트층을 도포하고, 포토레지스트에 형성되기를 원하는 패턴을 포함하는 리소그래피 마스크를 통과한 광에 포토레지스트를 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 광에 노출된 포토레지스트는 중합화된다. 후속하는 현상 단계는 중합화되지 않은 포토레지스트를 화학적으로 제거한다. 잔여 포토레지스트는 소성되어 휘발성 화학물질을 제거한다. 바람직하게는, 잔여 포토레지스트는 중합화되지만, 가교(cross-linked)되지는 않는다, 즉, 경화되지는 않는다. 여기서 개시된 방법 및 장치의 양태 및 실시형태는 임의의 특정한 마스크 형성 공정을 이용한 반도체 제조 공정으로 한정되는 것은 아니다.
금속막의 퇴적 후에, 금속 리프트-오프(lift-off)라 알려진 공정에서 마스크에 퇴적된 금속과 함께, 마스크가 제거된다. 그 이후에 남겨진 것은, 마스크에 의해 차단되지 않은 반도체 웨이퍼 상의 영역에 형성된 금속막이다.
일부 반도체 제조 공정에서, 금속화된 웨이퍼는, 원하는 금속화 패턴을 정의하고 원치않는 금속(들)을 리프트오프하며 원하는 부분의 전기 회로를 형성하기 위해 마스크로서 이용된 포토레지스트를 용해하기 위해 NMP(N-Methyl Pyrrolidone) 또는 에틸렌 글리콜과 같은 용제의 습식 스트립 공정(wet strip process)을 거치게 된다.
대부분의 가용 포토레지스트들은 과도한 열이나 빛에 노출되면 가교될 수 있다. 가교되거나 경화된 포토레지스트는, 일부 제조 공정에서 이용되는 통상의 습식 스트립 화학물질에 완전히 용해되지 않는다. 따라서 웨이퍼 상의 포토레지스트가 스트립 공정 이전에 가교된다면, 스트립 공정 후에 웨이퍼 상에 포토레지스트 잔여물이 남아 있을 것이다. 포토레지스트 잔여물은 대개 더욱 적극적인 습식 및/또는 건식 스트립 공정을 이용한 리워크(reworking)에 의해 제거될 수 있지만, 추가적인 리워크 단계는 생산 플로우와 제조 스케쥴에 부정적인 영향을 준다.
또한, 포토레지스트 잔여물이나 이하에서 논의되는 금속 스피팅(metal spitting)으로부터의 결절(nodule)과 같은 반도체 웨이퍼 상에 존재하는 오염이 웨이퍼 상에서 검출되지 않는다면, 이 오염은 후속 처리 단계들에서 추가의 문제들을 초래할 수 있다. 이러한 문제들은, 예를 들어, 후속 퇴적된 층들의 불량 접착이나 불량 평탄성을 포함할 수 있다. 이들 문제는, 라인 수율(제조 동안에 스크랩되지(scrapped) 않은 웨이퍼의 양) 저하 및/또는 다이 수율(제조 공정에서 형성된 웨이퍼당 기능 소자의 양)의 저하를 야기할 수 있다. 미검출 오염은 현장에서 소자의 고장을 포함하는 신뢰성 문제를 초래할 수도 있다.
본 요약은, 이하의 상세한 설명에서 더 설명되는 선발된 개념들을 간략화된 형태로 소개하기 위해 제공되는 것이다. 본 요약은, 청구 대상의 핵심 특징이나 본질적 특징을 식별하기 위함도 아니고, 청구 대상의 범위를 제한하기 위함도 아니다.
출원인은, 일부 포토레지스트들은, 열이나 빛에 대한 노출에 의해서뿐만 아니라, 증발기에서 금속 슬러그를 가열하는 데 이용되는 전자빔으로부터의 후방 산란된 전자(backscattered electron)에 의한 충격(bombardment)에 의해서도 가교될 수도 있다는 것을 발견하였다. 또한, 출원인은, 가교 및 금속 "스피팅"의 양은 금속 슬러그 내의 불순물의 양에 관련되어 있다는 것을 발견하였다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전자빔 금속 증발/퇴적 공정 동안에 전자빔 증발기에 배치된 금속 슬러그 내의 불순물을 검출하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 전자빔 금속 증발/퇴적 공정 동안에, 전자빔 증발기의 퇴적 챔버에 위치하며 금속 슬러그로부터 물리적으로 이격된 전극에 의해 제공되는 제1 전기 신호를 모니터링하는 단계, 전자빔 금속 증발/퇴적 공정 동안에 제1 전기 신호의 변화를 검출하는 단계, 및 제1 전기 신호의 검출된 변화에 응답하여 금속 슬러그 내의 증가된 불순물 농도를 표시하는 단계를 포함한다.
일부 양태에 따르면, 검출 단계는, 제1 전기 신호를 임계치와 비교하는 단계, 및 제1 전기 신호가 미리결정된 양보다 높게 임계치를 초과하는 것에 응답하여, 금속 슬러그 내에 정의된 농도를 초과하는 불순물이 존재한다고 판정하는 단계를 포함한다.
일부 양태에 따르면, 임계치는 전자빔 금속 증발/퇴적 공정의 기간에 걸쳐 전극에 의해 제공되는 제2 전기 신호를 모니터링함으로써 결정되며, 여기서, 임계치는 제2 전기 신호로부터 결정된다.
일부 양태에 따르면, 제1 전기 신호와 제2 전기 신호 중 적어도 하나를 모니터링하는 것은, 전압 판독치의 모니터링 및 전류 판독치의 모니터링 중 적어도 하나를 포함한다. 추가적 양태에 따르면, 제1 전기 신호와 제2 전기 신호 중 적어도 하나를 모니터링하는 단계는, 각각 제1 일련의 주기적 판독치와 제2 일련의 주기적 판독치 중 적어도 하나를 모니터링하는 것을 포함한다. 추가의 양태에 따르면, 이 방법은 제2 일련의 주기적 판독치에 대한 베이스라인 평균치와 베이스라인 표준 편차를 설정하는 단계를 더 포함한다. 이 방법의 추가적 양태에 따르면, 정의된 농도를 초과하는 불순물이 금속 슬러그 내에 정의된 농도를 초과하여 존재한다고 판정하는 단계는, 전극으로부터의 제1 일련의 주기적 판독치가 베이스라인 평균치로부터 미리결정된 양보다 많이 이동된 평균치를 갖는 것의 관측과, 상기 전극으로부터의 제1 일련의 주기적 판독치가 베이스라인 표준 편차로부터의 미리결정된 양보다 많이 이동된 표준 편차를 갖는 것의 관측 중 적어도 하나에 응답하여 판정하는 단계를 포함한다. 추가 양태에 따르면, 이 방법은, 제1 일련의 주기적 판독치가 제2 세트의 주기적 판독치에 기초하여 확립된 한 세트의 통계적 공정 제어(SPC; statistical process control) 룰을 위반하는 것에 응답하여 경보를 생성하도록 프로그램된 컴퓨터 시스템에, 제1 일련의 주기적 판독치와 제2 일련의 주기적 판독치를 제공하는 단계를 더 포함한다.
일부 양태에 따르면, 이 방법은, 금속 슬러그 내에 불순물이 정의된 농도보다 높게 존재한다는 판정에 응답하여, 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템이 반도체 제품 웨이퍼의 처리에 부적합하다는 표시를 생산 제어 시스템에 제공하는 단계를 더 포함한다.
일부 양태에 따르면, 이 방법은 전자빔을 금속 슬러그의 표면에 지향시키는 단계를 더 포함하고, 여기서, 제1 및 제2 전기 신호를 모니터링하는 단계는 금속 슬러그 내의 불순물과의 전자빔의 충돌로부터 후방 산란된 전자를 모니터링하는 단계를 더 포함한다. 추가의 양태에 따르면, 이 방법은 전극과 충돌하는 후방 산란된 전자를 제공함으로써 전극의 전압과 전극으로부터의 전류 중 적어도 하나에서의 변화를 제공하는 단계를 더 포함한다.
일부 양태에 따르면, 이 방법은 정의된 농도보다 높은 불순물이 금속 슬러그 내에 존재한다는 판정에 응답하여 금속 슬러그를 교체하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 방법이 제공된다. 이 방법은, 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템의 진공 챔버에서, 전자빔 금속 증발/퇴적 공정 동안에 금속 슬러그로부터 얻어진 금속을 반도체 웨이퍼에 퇴적하는 단계; 전자빔 금속 증발/퇴적 공정 동안에 진공 챔버에 위치한 전극에 의해 제공되는 전기 신호를 모니터링하는 단계; 전자빔 금속 증발/퇴적 공정 동안에 전기 신호의 변화를 검출하는 단계; 및 전기 신호의 검출된 변화가 금속 슬러그 내의 증가된 불순물 농도를 나타내는 것에 응답하여, 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템 상의 반도체 웨이퍼의 처리를 중지하는 단계 및 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에 예방적 유지보수를 실시하는 단계 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 양태에 따르면, 이 방법은, 전기 신호의 검출된 변화시에, 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에서 처리중이었던 반도체 웨이퍼를 검사하는 단계를 더 포함한다. 추가 양태에 따르면, 이 방법은, 전기 신호의 검출된 변화시에, 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에서 처리중이었던 반도체 웨이퍼를 리워크(rework)하는 단계를 더 포함한다.
일부 양태에 따르면, 이 방법은 전극을 접지로부터 전기적으로 격리하는 단계를 더 포함한다.
일부 양태에 따르면, 예방적 유지보수를 실시하는 단계는 금속 슬러그를 교체하는 단계를 포함한다.
일부 양태에 따르면, 전자빔 금속 증발/퇴적 공정 동안에 전극에 의해 제공되는 전기 신호를 모니터링하는 단계는, 전극 상에서 금속 슬러그 내의 불순물로부터 후방 산란된 전자에 의해 생성된 전기 신호를 모니터링하는 단계를 포함한다.
일부 양태에 따르면, 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에서의 처리 동안에 가교된 포토레지스트를 포함하는 반도체 웨이퍼의 수를 저감함으로써 수율 증가가 달성된다.
일부 양태에 따르면, 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에서의 처리 동안에 금속 스피팅에 의해 생성된 금속 결절을 포함하는 반도체 웨이퍼의 수를 저감함으로써 수율 향상이 달성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템이 제공된다. 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템은, 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템의 진공 챔버 내에 위치하며 접지로부터 격리되도록 구성된 전극과, 전극에 결합된 전기 계측기(electrical meter)를 포함하고, 이 전극은 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템의 동작 동안에 전극의 일부와 금속 슬러그의 표면 사이에 장애물 없는 직선 경로가 존재하게끔 배치되도록 구성되고, 이 전극은 또한, 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에서의 처리를 위해 배치된 웨이퍼와 금속 슬러그의 표면 사이의 직선 경로를 가로막지 않게끔 배치되도록 구성된다.
일부 양태에 따르면, 전기 계측기는 전압계 및 전류계 중 적어도 하나이다.
일부 양태에 따르면, 장치는 전기 계측기로부터 신호를 수신하고, 베이스라인으로부터의 이 신호의 변화를 검출하며, 오퍼레이터에게 이 신호 변화를 경보하도록 구성된 제어기를 더 포함한다.
첨부된 도면은 축적비율대로 그려진 것은 아니다. 도면에서, 다양한 도면에 나타나 있는 각각의 동일하거나 거의 동일한 컴포넌트는 유사한 참조번호로 표시된다. 모든 컴포넌트가 다 모든 도면에 표시되어 있지 않을 수 있다. 이하의 도면에서:
도 1은 반도체 웨이퍼의 표면 상의 포토레지스트 잔여물의 주사 전자 현미경(SEM; scanning electron microscope) 화상이다;
도 2는 반도체 웨이퍼의 단면에서의 포토레지스트 잔여물의 SEM 화상이다;
도 3은 종래의 반도체 제조 공정 플로우의 일부의 플로차트이다;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전극을 포함하는 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템의 단면도이다;
도 5는 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템의 퇴적 챔버에 장착된 도 4의 전극의 등측도이다;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전극에 전기적으로 결합된 전기 계측기의 개략도이다;
도 7은 본 발명의 하나 이상의 실시예에서 이용될 수 있는 컴퓨터화된 제어 시스템을 나타낸다;
도 8은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 도 7의 컴퓨터화된 제어 시스템에서 사용될 수 있는 스토리지 시스템을 나타낸다;
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조 공정 플로우의 일부의 플로차트이다;
도 10은 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에 장착된 본 발명의 실시예에 따른 전극의 테스트로부터의 전자빔 전력 및 전압 판독치의 차트이다;
도 11은 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에 장착된 본 발명의 실시예에 따른 전극의 또 다른 테스트로부터의 전자빔 전력 및 전압 판독치의 차트이다;
도 12는 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에 장착된 본 발명의 실시예에 따른 전극의 또 다른 테스트로부터의 전자빔 전력 및 전압 판독치의 차트이다.
본 발명은 그 적용에 있어서, 이하의 설명에 개시되거나 도면에 나타낸 컴포넌트들의 구조와 배열의 상세사항으로 한정되지 않는다. 본 발명은 다른 실시예들이 가능하며, 다양한 방식으로 실시되거나 실행될 수 있다. 또한, 여기서 사용되는 어법과 용어는 설명을 위한 것이며 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. "내포하는(including)", "포함하는(comprising)", 또는 "갖는(having)", "담고 있는(containing)", "수반하는(involving)" 및 그 파생어들은 이후에 열거되는 항목들과 등가물뿐만 아니라 추가 항목들을 아우르도록 의도되어 있다.
본 개시는 대체로 전자빔(e빔) 금속 증발/퇴적 시스템(여기서는 "증발기", "e빔 증발기", 또는 "금속 증발기"라고도 함)에 이용된 금속 슬러그 내의 불순물을 검출하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 오염된 금속 슬러그가 제공된 증발기를 통해 많은 웨이퍼를 처리하기 이전에 이들 금속 슬러그 내의 불순물을 검출하는 것이 바람직하다. 불순물들은, 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템을 통해 처리되는 웨이퍼 상에서 관찰될 수 있거나, 즉각 관찰되지 않을 수 있지만 후속 처리 단계나 현장에서 고장으로 이어질 수 있는 수많은 형태의 결함을 야기할 수 있다.
예를 들어, 금(gold) 슬러그 내에는 탄소와 같은 불순물이 존재할 수 있다. 탄소는, 윤활제로서 기름이 사용되는 금 슬러그 제조 공정의 인발(drawing) 및 스웨이징(swaging) 공정 동안에 포함될 수 있다. 증발기에서 금 슬러그를 교체하는 동안에 불량한 클린룸 작업 및 부적절한 처리 기술이 금 슬러그에 탄소를 도입할 수 있다.
금 금속 슬러그 내의 탄소와 같은 불순물은, e빔에 의해 금속 슬러그가 가열되어 금을 증발시킬 때 고에너지 후방 산란된 전자들이 생성되게끔 할 것이다. 이들 후방 산란된 전자들은 e빔 금속 증발/퇴적 시스템에서 처리중인 웨이퍼 상의 포로레지스트 영역에 충돌하여, 포토레지스트가 가교되게끔 한다. 가교된 포토레지스트는, 전술된 바와 같이, 후속 포토레지스트 스트립핑 공정에서 완전하게 제거되지 않아, 웨이퍼의 리워크 및/또는 추가적 세정을 통해 제거되어야 하는 포토레지스트 잔여물을 남겨두게 된다. 본 메커니즘에 따른 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 포토레지스트 잔여물(10)의 예가 도 1 및 도 2에 나타나 있다.
용융된 금속 슬러그에 충돌하는 전자빔은 또한, 금속 슬러그로부터 2차 전자의 방출을 생성할 것이다. 2차 전자는, 금속 슬러그 내의 원자들로부터 자유로운 전자들과 충돌하는 전자빔 내의 전자들, 또는 금속 슬러그 내의 원자에 흡수된 다음 그 원자로부터 재방출된 전자빔 내의 전자들로부터 형성된다. 2차 전자는 통상, 후방 산란된 전자들의 에너지보다 훨씬 낮은 에너지를 가지므로, 포토레지스트 가교에 기여한다 하더라도, 후방 산란된 전자들만큼 기여하지 않는다.
용융된 금 슬러그 내의 탄소 불순물은 용융된 슬러그의 표면에 떠다니며 "표피(skin)"를 형성한다. 금 슬러그의 표면으로 향하는 전자빔이 탄소와 만나면, 전자빔으로부터의 전자들의 일부는 탄성 후방 산란된다(elastically backscattered). 후방 산란된 전자들은 금을 용융시키기에 효율적으로 그들의 에너지를 금 슬러그에 전달하지 않는다. 후방 산란된 전자들은 통상, 전자빔의 형성시에 그들에게 부여된 에너지의 전부는 아니더라도 대부분을 유지한다. 후방 산란된 전자들의 에너지는 전형적인 e빔 금속 증발 시스템에서 약 10 킬로볼트이다. 충분한 수의 후방 산란된 전자들이 e빔 금속 증발/퇴적 시스템에서 처리중인 웨이퍼 상의 포토레지스트의 일부에 도달하면, 이들은 포토레지스트에 충분한 에너지를 부여하여 포토레지스트의 일부가 가교되게끔 할 수 있다.
용융된 금 슬러그 내의 탄소 입자들이 인가된 전자빔으로부터 전자들을 후방 산란시키는 경향에 대한 정확한 이유는 완전히 이해되지 못하고 있다. 그러나, 고체 상태의 재료는 액체 상태에 있을 때보다 전자빔에 의해 충돌될 때 충분히 더 많은 자유 전자를 생성한다는 것을 발견하였다. 전자빔이 고체 소스에 충돌하면, 그것은 많은 에너지 전자들을 생성한다. 소스가 용융되면, 방출 레벨이 저하된다. 매우 높은 용융점 때문에, 탄소는 e빔 금속 증발/퇴적 시스템에서 통상적으로 사용되는 온도에서 용융된 금 슬러그에서 고체 형태를 유지하므로, 전자빔이 슬러그 내의 금에 도달하여 용융시키는 것을 효과적으로 차단하여, 전자들이 금 슬러그에 흡수되는 것이 아니라 탄성 후방 산란되게끔 할 수 있다.
금속 퇴적 공정에 대한 마스크로서 이용되는 패터닝된 포토레지스트의 측벽은 전체 퇴적 공정 동안에 노출되는 반면, 포토레지스트의 표면은, 금속 퇴적 공정이 진행함에 따라 금속으로 덮이기 때문에 차폐된다. 큰 금속화된 특징물 아래의 포토레지스트는, 일단 처음 수백 옹스트롬의 금속이 퇴적되고 나면, 후방 산란된 전자들에 의한 추가 폭격으로부터 차폐될 것이다. 따라서, 포토레지스트 측벽은 포토레지스트의 표면보다 더 많이 가교될 것이다. 이것은, 잔여 포토레지스트가 도 1에 도시된 바와 같이 화학적으로 스트립된 후에, 포토레지스트 잔여물의 라인 모양 또는 대들보 패턴으로 이어진다.
금 슬러그 내의 탄소 불순물은 용융된 금속 슬러그로부터 액체 금의 액적이 사출되는 금 "스피팅"에 기여할 수도 있다. 이들 용융된 액적은 e빔 금속 증발/퇴적 시스템에서 처리중인 웨이퍼 상에 퇴적하고, 일부 경우에는 인접한 금속 라인들 또는 웨이퍼 상에 형성중인 소자들 상의 다른 구조물들간 단락(short)을 야기할 수 있다. 예를 들어, 금속-절연체-금속(MIM) 커패시터의 한 전극의 내측면 상의 금 "스핏(spit)"은 신뢰성 문제를 야기할 수 있다. 금 "스피팅"에 의해 퇴적되는 금 입자들은, 마이크로칩 회로의 테스팅에 이용되는 프로브 탐침이나 값비싼 멤브레인 프로브를 손상시킬 수 있다.
일부 반도체 제조 공정에서, 금 슬러그에 탄탈을 첨가함으로써 금 증발기에서 사용되는 금 슬러그 내의 탄소 불순물에 의해 야기되는 결함을 저감시키려는 시도가 이루어지고 있다. 탄탈은 탄소를 게터링(getter)함으로써, 용융된 슬러그의 표면 상에 막을 자유로이 형성하고 "스피팅"이나 전자 후방 산란을 야기하는 탄소의 양을 저감시킨다. 그러나, 이 접근법이 문제가 없는 것은 아니다. 금(또는 다른 금속) 슬러그를 보관유지하기 위한 e빔 증발기에서 사용되는 도가니(crucible)는 통상, 예를 들어, 몰리브덴, 텅스텐, 탄화 실리콘, 또는 탄소와 같은 재료로 형성된다. 금 슬러그에 탄탈을 첨가하면 금 슬러그를 보관유지하는 도가니의 습윤(wetting)을 유발할 수 있다. 도가니가 용융된 금에 의해 습윤화되면, 냉각시에 도가니는 도가니의 재료와 금간의 열 수축 차이로 인해 균열이 생길 수 있다. 또한, 금 슬러그에 탄탈을 첨가한다고 해서 항상 스핏이 없는 공정으로 이어지는 것은 아니다. 따라서, 예를 들어, 금속 슬러그에 게터링 물질(gettering materials)의 첨가에 의해 잠재적 오염원의 영향을 완화하려는 시도보다는, 많은 수의 웨이퍼에 결함을 야기하기 이전에 오염된 슬러그의 식별을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
전형적인 반도체 제조 공정은 일반적으로 도 3의 플로차트에 나타낸 것과 유사한 일련의 공정 단계들을 포함할 것이다. 금속 퇴적 공정은 통상 도 3의 410 내지 450의 동작을 포함한다. 단계(410)에서, 웨이퍼들은, 예를 들어, 염산과 같은 산성 용액에 웨이퍼를 침지함으로써 세정된다. 퇴적전 세정 후에, 웨이퍼는 금속 증발기에 로드되고(동작 420), 금속 퇴적 레시피(recipe)가 실행된다(동작 430). 금속 퇴적의 완료시에, 금속 증발기로부터 웨이퍼가 제거되고(동작 440), 미리세정된 웨이퍼의 또 다른 로트(lot)가 증발기에 트랙 인된다(동작 450).
금속 퇴적을 받은 웨이퍼는 리프트-오프 공정을 겪고(동작 460), 포토레지스트 및/또는 사용되었을 수 있는 또 다른 금속 퇴적 마스크가, 마스크 상에 퇴적된 금속과 함께, 웨이퍼로부터 제거된다. 그 다음, 웨이퍼는 통상 검사 동작(동작 470)으로 진행하고, 여기서 웨이퍼들의 일부, 또는 일부 공정에서는 웨이퍼들의 전부의 검사가, 예를 들어, 자동화된 광학 검사 툴에 의해 실시된다. 일부 공정에서, 검사 동작은 수동으로 실시된다. 검사 동작(470) 동안에, 레지스트 잔여물 또는 금속 "스핏" 결절과 같은 결함이 처리된 웨이퍼 상에 존재하는지가 판정된다(동작 480). 미리결정된 양 미만의 결함이 관찰되면, 처리된 웨이퍼는 추가 처리 동작으로 보내어지고, 증발기에서의 웨이퍼의 처리가 계속된다(동작 490).
그러나, 검사된 웨이퍼 상에서 허용할 수 없는 수의 결함이 관찰되면, 증발기는 작동이 중지되고(동작 500) 문제해결에 들어간다(동작 520). 금속 퇴적 공정으로부터 결함을 갖는 웨이퍼를 포함하는 것으로 발견된 로트에 후속하여 금속 증발기를 통해 처리된 웨이퍼들은 의심받을 것이다. 만일 첫 번째 불량 로트에서 발견된 결함이 정말로 증발기 내의 금속 슬러그의 오염과 같은 문제에 의해 야기된 것이라면, 첫 번째 발견된 불량 로트에 후속하여 처리된 로트들도 역시 오염된 금속 슬러그로 인해 결함을 보일 가능성이 상당히 높을 것이다. 따라서 이들 로트들도 아마 리워크 또는 스크랩되어야 할 것이다. 따라서, 동작(480)에서 허용불가능하게 높은 양의 결함을 갖는 것으로 판정된 웨이퍼들에 후속하여 증발기를 통해 처리된 웨이퍼들의 샘플, 또는 일부 경우에는, 모든 웨이퍼들이 검사된다(동작 510).
이들 후속 처리된 웨이퍼들도 허용불가능한 수준의 결함을 보이는지에 관한 판정이 이루어진다(동작 530). 웨이퍼들이 허용가능한 것으로 보이면, 이들은 정상적인 추가 처리를 위해 이송된다(동작 540). 그러나, 이들 웨이퍼들이 허용불가능하게 높은 수준의 결함을 보인다면, 예를 들어, 관찰된 레지스트 잔여물을 제거하는 추가의 세정 동작에 의해 이들이 리워크될 수 있는지에 관해 결정이 이루어진다(동작 550).
웨이퍼들이 리워크가능하다고 판정되면, 이들은 리워크되고(동작 560), 그 다음 추가의 처리를 위해 이송된다(동작 540). 일부 경우에는, 리워크된 웨이퍼들은 추가 처리를 위해 이송되기 이전에 다시 한번 검사될 것이다. 동작(560)에서 웨이퍼들이 리워크가능하지 않다고 판정되면, 예를 들어, 이들이 허용불가능하게 높은 수준의 제거불능 금속 "스핏"을 가진다고 판정되면, 웨이퍼들은 스크랩된다(동작 570).
전형적인 반도체 제조 공정에서, 불량 슬러그가 처리된 웨이퍼들 상에 결함을 출현시키기 시작하는 시점과, 이들 결함들이 후속 검사 단계에서 발견되는 시점 사이에, 금속 증발기를 통해 많은 로트의 웨이퍼들이 처리될 수 있다. 금속 슬러그에서의 문제가 발견되기 이전에 많은 로트의 웨이퍼들이 영향을 받을 수 있다. 따라서, 오염된 슬러그는, 시간과 생산 용량의 관점에서, 웨이퍼를 리워크하여, 예를 들어, 레지스트 잔여물을 제거하기 위해 상당한 비용을 초래할 수 있다. 웨이퍼 상에서 발견된 결함들이 리워크 처리에 의해 치유될 수 없고, 영향받은 웨이퍼들이 스크랩되어야 한다면, 역시 상당한 비용이 초래될 수 있다.
이들 잠재적 손실의 저감을 용이하게 하기 위해, 종래 공지된 공정보다 시간이 덜 들며, 일부 실시예에서는, 증발기의 동작 동안에 실시간으로, 증발기 내의 오염된 금속 슬러그의 존재를 검출하는 방법 및 장치가 개발되었다. 증발기 퇴적 챔버(505)의 내부에 들어맞는 전극(510)(도 4 및 도 5 참조)을 제조함으로써, 증발기의 동작 동안에 금속 슬러그(예를 들어, 금 슬러그)로부터 나오는 전체 전자 방출(radiation)이 모니터링될 수 있다는 것이 발견되었다. 일부 실시예에서, 전극(510)은, 하나 이상의 절연 격리기(insulating standoff)(520)에 의해 증발기의 내측 표면(515) 및 접지(550)로부터 전기적으로 격리된다. 일부 실시예에서, 전극은 고임피던스 전압계(710) 및/또는 전류계에 전기적으로 결합된다(도 6 참조).
일부 실시예에서, 전극(510) 및/또는 절연 격리기(520)는, 정기적으로 스케쥴링된 예방적 유지보수 동작 동안에, 증발기 차폐물의 기타 여러 부품들과 함께 함께, 세정되거나 교체될 것이다.
동작 동안에, e빔(537)이 전자총(535)에 의해 발생되어 도가니(530) 내의 금속 슬러그로 향한다. e빔(537)에 의해 발생되어 금속 슬러그에 충돌하는 전자들은 후방 산란되어 전극(510)에 충돌하여, 전극으로부터 음의 전압 및/또는 전류를 유도할 것이다. 측정된 전압은, 생성된 후방 산란된 전자들의 양, 그리고 그에 따라, 금속 슬러그 내의 불순물의 양, 예를 들어, 금 슬러그 내의 탄소 불순물의 양에 비례할 것이다. 금 슬러그 내의 탄소 농도가 높을수록, 전극에는 더 큰 음전압이 나타난다. 마찬가지로, 금 슬러그 내의 탄소 농도가 높을수록, 더 많은 후방 산란된 전자들이 전극에 충돌하고, 더 많은 전류가 생성된다. 금 슬러그 상의 탄소의 양이, 전극의 전압 및/또는 전극에 의해 발생되는 전류에 의해 표시되는 바와 같이, 임계치에 도달하면, 레지스트 가교 및/또는 금 스피팅이 발생할 것이다. 따라서, 전극 상의 전압 및/또는 전극으로부터 발생되는 전류가 모니터링될 수 있고, 전압 및/또는 전류가 임계치에 도달하거나 임계치를 초과하면 금속 슬러그의 교체를 위해 증발기가 셧다운된다. 전극 상에 발생되는 전압은 일부 실시예에서는 음전압일 것이므로, 임계 전압을 초과하는 것은 임계 음전압보다 더 큰 음전압을 표시하게 될 것이다.
전술된 바와 같이, 금속 퇴적 공정 동안에 금속 슬러그 내의 불순물이나 불순물들의 검출이 없다면, 영향받은 웨이퍼들이 제조 공정에서 훨씬 나중의 검사에 도달할 때까지 많은 처리 동안에 문제(예를 들어, 금 스피팅 및/또는 레지스트 가교)가 미발견될 수 있다. 이것은 많은 로트들의 스크랩와 수익의 손실을 초래할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예는 이들 문제들이 나타나기 시작하자마자 그 원인을 식별할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 증발기 내의 금속 소스를 변경할 때에 관한 표시를 오퍼레이터에게 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 이 표시는 레지스트 가교 및/또는 금속 스피팅과 같은 문제의 발생 이전에 주어진다. 전극 전위, 또는 일부 실시예에서는, 전류를 모니터링함으로써, 오염된 금속 슬러그의 신속한 교체의 바람직함을 나타낼 적절한 임계 전압이나 전류를 설정할 수 있다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 한 실시예에서, 전극(510)은 구리 도금된 링(ring)의 형태로 제조된다. 전극 재료로서 구리를 이용하는 데에는 2가지 이유가 있다. 첫 번째, 구리는 매우 양호한 도전체이다. 두 번째, 구리는 고진공 시스템과 호환되는 금속이다. 그러나, 본 발명은 특정한 타입의 전극 재료로 한정되지 않기 때문에, 진공 호환형인 임의의 도전성 금속(예를 들어, 스테인리스강)이 상용 시스템에서 이용될 수 있다.
한 실시예에서, 전극(510)을 증발기의 내부 표면(515) 및 접지로부터 격리시키는 절연 격리기(520)는 산화 알루미늄, 절연 세라믹 재료로 구성된다. 다른 실시예에서, 절연 격리기(520)는 이산화 티타늄(titania), 또는 이산화 실리콘(수정), 또는 종래의 유리와 같은 기타의 세라믹으로 구성된다. 다른 실시예에서, 절연 격리기(520)는 PVDF와 같은 플라스틱 재료로 형성된다. 절연 격리기(520)에 대해, 진공 호환형이며 전극을 지지하기에 충분한 기계적 강도를 갖는 임의의 비도전성 재료가 이용될 수 있다.
도 4 및 도 5에 나타낸 실시예에서, 전극(510)은, 증발기가 동작 중일 때, 전극(510)과 증발기 내의 도가니(530) 내에 포함된 금속 슬러그 사이에 장애물 없는 경로가 존재하도록, 증발기 퇴적 챔버(505)에 배치된다. 전극(510)은 또한, 증발기에서의 금속 퇴적 동안에 웨이퍼가 탑재되는 웨이퍼 지지 구조물(540) 상의 위치와 금속 슬러그 사이의 경로(551)를 가로막지 않도록 배치된다. 이러한 전극의 위치선정은, 금속 슬러그로부터 후방 산란된(및 2차의) 전자들을 모으지만, 금속이 웨이퍼 상에 퇴적되는 것을 차단하지 않는 전극을 제공한다.
구리 도금된 링으로서 나타나 있지만, 대안적 실시예에서, 전극은 임의 개수의 형상과 구성으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 한 실시예에서, 전극은 하나 이상의 와이어 링의 형태이다. 또 다른 실시예에서, 전극은 증발기 퇴적 챔버 내의 복수의 플레이트들로 형성된다. 추가의 실시예에서, 전극(510)은 금속 스크린으로 형성된다. 당업자라면, 임의의 특정한 모델의 증발기 내부에 들어맞는 다수의 형상과 크기 중 임의의 것으로 전극(510)을 형성할 수 있을 것이다.
동작시에, 알려진 양호한(즉, 최소한으로 오염된) 금속 슬러그를 이용한 증발기의 동작 동안에 전극(510) 상에 생성되는 전압 및/또는 전류가 모니터링되어, 전압 및/또는 전류에 대한 베이스라인 레벨을 설정한다. 주어진 주파수에서 시간에 따라 복수의 전압 및/또는 전류 포인트들, 예를 들어, 1/2초마다 하나의 데이터 포인트, 또는 일부 실시예에서는, 매초마다 하나의 데이터 포인트가 취해진다. 다른 실시예는 전극과 연계하여 이용되는 데이터 기록 장비의 능력 내에서 또는 편리한 임의의 레이트의 데이터 샘플링 빈도를 이용할 수 있다. 이들 데이터 포인트들은, 알려진 양호한 금속 슬러그를 이용한 증발기의 동작 동안에 전극으로부터 발생된 전압 및 전류 중 하나 또는 양쪽 모두의 베이스라인 평균치, 베이스라인 범위 또는 표준 편차, 또는 일부 실시예에서는, 베이스라인 평균 및 표준 편차 또는 범위 양쪽 모두를 생성하는 데 이용된다.
본 발명의 실시예는, 복수 타입의 금속 슬러그, 예를 들어, 금, 알루미늄, 티타늄, 또는 금속 증발기에서 사용될 수 있는 기타 임의의 금속 내의 불순물들을 검출하는 데 이용될 수 있다. 이들 상이한 금속들은 e빔에 의해 충돌될 때 상이한 양의 후방 산란된 2차 전자들을 생성할 것이다. 생성된 후방 산란된 2차 전자들의 양은 또한, 금속 슬러그에 인가된 e빔의 강도와 이용된 증발기의 특정 모델에 따라 변할 것이다. 또한, 특정한 전극의 특정한 설계, 형상, 위치선정, 및 구성 재료나 재료들은 전극이 포획할 전자의 양에 영향을 미칠 것이다. 따라서, 특정한 전극 구성을 갖는 특정한 증발기 상의 특정한 타입의 금속 슬러그에 대해 발생되는 전압 및/또는 전류에서의 베이스라인은 일반적으로, 상이한 타입의 금속 슬러그 및/또는 전극 구성을 갖는 상이한 증발기 상에서 발생되는 베이스라인과 동일하지 않을 것이다. 그러나, 청정 금속 슬러그에 대해 발생되는 전압 및/또는 전류에서 설정된 베이스라인과, 오염된 슬러그를 나타내는 이 베이스라인에서의 이동 사이의 차이는, 설정된 베이스라인 파라미터(들)의 특정한 값에 관계없이 검출될 수 있다.
설정된 베이스라인은 또한, 예를 들어, 시간경과에 따른 전극 상의 금속의 축적(build up), 또는 상이한 금속 슬러그들의 크기, 형상 또는 표면 특성에서의 차이로 인해 동일한 증발기 상에서 금속 슬러그마다 변동할 것이다. 증발기 내의 전극에 대한 설정된 전압 및/또는 전류 베이스라인은, 일부 실시예에서는, 증발기 내의 금속 슬러그가 증발로 인해 질량을 손실함으로써, 미증발 오염 물질의 농도가 증가함에 따라(또는 그 이후에), 또는 전극이 퇴적 금속을 축적함에 따라(또는 그 이후에), 또는 양자 모두에 따라, 주기적으로 리캘리브레이트된다.
다른 실시예들에서, 전압 및/또는 전류 베이스라인의 파라미터들(예를 들어, 평균, 범위, 및/또는 표준 편차)은, 유사하거나 동일한 진공 챔버 및 전극 구성을 갖는 상이한 증발기에 대해 실질적으로 동일할 것이다. 따라서, 일부 실시예들에서, 하나의 증발기에 관해 설정된 전압 및/전류 베이스라인의 파라미터들은 다른 유사하게 구성된 증발기에 대해 적용될 것이다. 따라서, 일부 실시예들에서, 각각의 개개의 증발기마다 특정한 타입의 금속 슬러그에 대해 전압 및/또는 전류 베이스라인을 설정할 필요가 없을 것이다. 오히려, 하나의 대표적인 증발기에 관해 알려진 양호한 금속 슬러그(및, 일부 실시예에서는, 알려진 오염된 금속 슬러그)를 이용하여 설정된 전압 및/또는 전류 베이스라인은, 유사하게 구성된 증발기 그룹 중 임의의 증발기 내의 잠재적으로 오염된 금속 슬러그의 존재를 모니터링하는 데 이용될 수 있는 전극 전압 및/또는 전류의 파라미터들에 대해 허용가능한 임계치 및/또는 제어 한계를 설정하기 위한 데이터를 제공할 것이다. 일부 실시예들에서, 증발기의 제조자는 증발기를 캘리브레이트하여 양호한 금속 슬러그 및 오염된 금속 슬러그를 시행할 때 전극 전압 및/또는 전류의 특정 파라미터를 생성할 것이다. 이 제조자 캘리브레이션은 일부 실시예들에서는 양호한 금속 슬러그와 오염된 금속 슬러그를 구분하는 데 이용될 수 있는 전극 상에서 측정된 전기 파라미터들에 대한 제어 차트를 설정하기 위해 증발기 사용자가 베이스라인 측정을 실시할 필요성을 줄이거나 제거할 수 있다.
일단 전압 및/또는 전류에서 베이스라인을 설정하고 나면, 이 베이스라인의 파라미터들의 편차는 금속 슬러그의 잠재적 오염을 나타낸다. 예를 들어, 증발기의 동작 동안에 전압의 하향 이동 및/또는 전극으로의 또는 전극으로부터의 전류 증가가, 생성되고 있는 후방 산란된 전자들의 수에서의 가능한 증가를 나타낼 것이고, 이에 따라 잠재적으로 오염된 슬러그를 나타낼 것이다. 마찬가지로, 판독치의 표준 편차나 범위 증가가 또한, 일부 실시예에서는, 오염된 금속 슬러그를 나타낼 것이다. 일부 실시예에서, 특정한 베이스라인 평균 및 표준 편차를 갖는 증발기의 전극으로부터의 관찰된 전압 신호가, 금속 슬러그의 표면의 오염시에 평균의 하향 이동 및 표준 편차의 증가 양쪽 모두를 나타낼 것이다.
전극 상에서 측정된 전기 신호에서의 다수의 기타 임의의 변화가 잠재적으로 오염된 금속 슬러그의 표시를 제공하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 전압이나 전류 판독치에서의 트렌드(즉, 일련의 데이터 포인트들로부터 형성된 곡선의 1차 미분)가, 만일 그 트렌트가 판독치의 자연 변동(natural variation)을 고려할 때 통계적으로 발생하기 어려운 크기라면, 잠재적으로 오염된 슬러그를 나타낼 수 있다. 다른 실시예들에서, 판독치의 자연 변동을 고려할 때 통계적으로 발생하기 어려운 일련의(예를 들어, 연이은 3 또는 5개 판독치) 전압 및/또는 전류 판독치의 이동 평균의 변화가 잠재적으로 오염된 슬러그를 나타낼 수 있다. 추가의 실시예에서, 판독치에서의 자연 변동을 고려할 때 통계적으로 발생하기 어려운 일련의 데이터 포인트들에 대해 관찰된 범위의 변화(예를 들어, 일련의 이전 판독치에 비교한 연이은 마지막 3개 또는 5개의 판독치)가 잠재적으로 오염된 슬러그를 나타낼 수 있다.
공정 제어의 당업자라면, 위반되었을 경우 잠재적으로 오염된 금속 슬러그의 표시가 되는 한 세트의 베이스라인 전압 및/또는 전류 판독치에 관한 제어 한계(예를 들어, 통계적 공정 제어 한계)를 설정할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 전극으로부터의 전압 및/또는 전류 판독치에 대한 제어 차트가 설정되고, 이들 제어 차트 상에 전압 및/또는 전류 판독치에 대한 데이터 포인트들이 플로팅될 것이다. 만일 플로팅된 데이터 포인트들이 하나 이상의 통계적 공정 제어(SPC) 룰에 위반된다면, 이것은 잠재적으로 오염된 금속 슬러그를 나타낼 것이다.
일부 실시예들에서, 제어 차트가 설정되고, Western Electric SPC 룰들 중 하나 이상의 룰을 위반하는지에 대해 플로팅된 데이터 포인트들이 모니터링될 수 있다. 이들 룰은 다음과 같다:
1) 제어 상한 또는 하한을 벗어난 한 개 포인트
제어 상한 및 하한은 평균으로부터의 3개의 표준 편차에 설정된다. 만일 포인트가 이들 한계들 중 어느 하나 바깥에 놓이면, 이것이 정규 공정에 의해 야기되었을 가능성은 단지 0.3%이다.
2) 평균의 동일한 측 상의 8개 포인트
임의의 주어진 포인트가 평균 위에 또는 아래에 놓일 확률은 동일하다. 한 포인트가 그 이전의 것과 동일한 평균의 한 측에 놓일 확률은 1/2이다. 그 다음 포인트가 또한 평균의 동일한 측에 놓일 확률은 1/4이다. 평균의 동일한 측에 놓이는 8개의 포인트를 얻을 확률은 겨우 약 1%이다.
3) 증가하거나 감소하는 8개 포인트
"평균의 동일한 측 상의 8개 포인트"의 경우와 동일한 논리가 여기에 이용된다. 때때로 이 룰은 상승하거나 하강하는 7개 포인트로 변경된다.
4) 경고 한계를 넘어선 3개 포인트 중 2개
경고 한계는 대개 평균으로부터 2 표준 편차(즉, 2 시그마)로 설정된다. 임의의 포인트가 경고 한계 바깥에 놓일 확률은 겨우 5%이다. 연이은 3개 포인트 중 2개가 경고 한계 바깥에 놓일 확률은 겨우 약 1%이다.
5) 1 시그마 바깥에 놓이는 5개 포인트 중 4개
통상의 처리에서, 68%의 포인트들은 평균의 1 시그마 내에 놓이고, 32%는 그 바깥에 놓인다. 5개 포인트들 중 4개가 1 시그마 바깥에 놓이는 확률은 겨우 약 3%이다.
6) 방향이 번갈아 바뀌는 14개 포인트들
이 룰은 인접한 포인트들의 각 쌍을 하나의 단위로서 취급한다. 7개 쌍 모두에 대해, 두 번째 포인트가 선행 포인트보다 항상 높을(또는 항상 낮을) 확률은 겨우 약 1%이다.
7) 1 시그마 내의 연이은 15개 포인트들
통상의 동작에서, 68%의 포인트들이 평균의 1 시그마 내에 놓일 것이다. 연이은 15개 포인트들이 그러할 확률은 1% 미만이다.
8) 1 시그마 바깥의 연이은 8개 포인트들
68%의 포인트들이 평균의 1 시그마 내에 놓이므로, 연이은 8개 포인트들이 1 시그마 바깥에 놓일 확률은 1% 미만이다.
다른 실시예들에서, Wheeler 또는 Nelson SPC 룰(통계 공정 제어에 익숙한 사람들에게 공지됨) 중 하나 이상의 위반이 잠재적으로 오염된 금속 슬러그의 표시자로서 이용될 수 있는 제어 차트가 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 동작중인 증발 시스템 내의 전극으로부터의 전압 및/또는 전류는 자동적으로 전압 및/또는 전류계에 의해 주기적으로 측정되며, 그 측정값은, 측정된 파라미터나 파라미터들이 임계치 위나 아래에서 표류하거나, 허용가능한 것으로 간주되는 범위 바깥에서 표류하거나, 하나 이상의 SPC 룰을 위반하는 경우에 경고를 발생하도록 프로그램된 모니터링 컴퓨터나 제어기에 공급된다. 일부 실시예들에서, 측정된 파라미터에 대한 허용가능한 임계치 또는 범위는, 모니터링 중인 특정한 금속 슬러그를 이용하여 특정한 증발기 상에서 전극으로부터의 베이스라인 측정을 실시함으로써 미리 결정된다.
상이한 실시예들에서, 전극(510)으로부터의 전기적 파라미터들을 모니터링하기 위한 모니터링 컴퓨터나 제어기는 수많은 임의의 형태로 구현될 수 있다. 한 예에서, 여기서 개시된 시스템의 실시예들을 위한 컴퓨터화된 제어기는, 도 7에 예시된 것과 같은 하나 이상의 컴퓨터 시스템(600)을 이용하여 구현된다. 컴퓨터 시스템(600)은, 예를 들어, Intel PENTIUM? 또는 CoreTM 프로세서, Motorola PowerPC? 프로세서, Sun UltraSPARC? 프로세서, Hewlett-Packard PA-RISC? 프로세서, 또는 기타 임의 타입의 프로세서나 그 조합 등에 기반한 범용 컴퓨터일 수 있다. 대안으로서, 컴퓨터 시스템은 특별-프로그램된, 특별-목적 하드웨어, 예를 들어, 반도체 웨이퍼 처리 장비용으로 특별히 의도된 주문형 집적 회로(ASIC)나 제어기를 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템(600)은 통상, 예를 들어, 디스크 드라이브 메모리, 플래시 메모리 장치, RAM 메모리 장치, 또는 기타의 데이터 저장용 장치 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있는 하나 이상의 메모리 장치(604)에 접속된 하나 이상의 프로세서(602)를 포함할 수 있다. 메모리(604)는 통상, 제어기 및/또는 컴퓨터 시스템(600)의 동작 동안에 프로그램 및 데이터를 저장하는 데 이용된다. 예를 들어, 메모리(604)는, 현재의 전기 센서 측정 데이터뿐만 아니라 소정 기간에 걸쳐 전극(510)의 측정된 전기 파라미터에 관련된 이력 데이터를 저장하는 데 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예를 구현하는 프로그래밍 코드를 포함하는 소프트웨어는, 컴퓨터 판독가능한 및/또는 기록가능한 비휘발성 기록 매체(도 8에 관하여 추가로 논의됨)에 저장될 수 있으며, 그 다음, 메모리(604)에 복사되어, 프로세서(602)에 의해 실행될 수 있다. 이러한 프로그래밍 코드는, 복수의 프로그래밍 언어, 예를 들어, Java, Visual Basic, C, C#, C++, Fortran, Pascal, Eiffel, Basic, COBAL, 또는 이들의 다양한 조합들 중 임의의 것으로 기재될 수 있다.
컴퓨터 시스템(600)의 컴포넌트들은, (예를 들어, 동일한 장치 내에 통합된 컴포넌트들 간의) 하나 이상의 버스 및/또는 (예를 들어, 분리된 별개의 장치들 상에 존재하는 컴포넌트들 간의) 네트워크를 포함할 수 있는 상호접속 메커니즘(606)에 의해 결합될 수 있다. 상호접속 메커니즘은 통상 시스템(600)의 컴포넌트들 간에 통신 신호(예를 들어, 데이터, 명령어)가 교환되는 것을 가능케 한다.
컴퓨터 시스템(600)은 또한, 하나 이상의 입력 장치(608), 예를 들어, 키보드, 마우스, 트랙볼, 마이크로폰, 터치 스크린, 및 하나 이상의 출력 장치(610), 예를 들어, 프린팅 장치, 디스플레이 스크린, 또는 스피커를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은, 예를 들어, 전극(510)의 전기 파라미터를 측정하도록 구성된 전류계 및 전압계 중 하나 이상을 포함할 수 있는, 전기 센서(614)에 전자적으로 또는 기타의 방식으로 링크될 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(600)은, 컴퓨터 시스템(600)을, (컴퓨터 시스템(600)의 하나 이상의 컴포넌트들에 의해 형성될 수 있는 네트워크에 추가하여 또는 그 대안으로서) 통신 네트워크에 접속할 수 있는 하나 이상의 인터페이스(미도시)를 포함할 수 있다. 이 통신 네트워크는, 일부 실시예에서, 반도체 제조 라인을 위한 제조 공정 제어 시스템의 일부를 형성한다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 하나 이상의 출력 장치(610)는, 통신 네트워크를 통해 컴퓨터 시스템(600)과 통신하도록 또 다른 컴퓨터 시스템이나 컴포넌트에 결합된다. 이러한 구성은 하나의 센서가 또 다른 센서로부터 상당히 멀리 위치하는 것을 허용하거나, 임의의 센서가 임의의 서브시스템 및/또는 제어기로부터 상당히 멀리 위치하면서 여전히 이들 간에 데이터를 제공하는 것을 허용한다.
도 8에 예시된 바와 같이, 제어기/컴퓨터 시스템(600)은, 하나 이상의 (프로세서(602)와 같은) 프로세서(620)에 의해 실행되는 프로그램을 정의하는 신호가 저장될 수 있는 판독가능한 및/또는 기록가능한 비휘발성 기록 매체(616)와 같은 하나 이상의 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 매체(616)는, 예를 들어, 디스크 또는 플래시 메모리일 수 있다. 전형적인 동작에서, 프로세서(620)는, 본 발명의 하나 이상의 실시예들을 구현하는 코드와 같은 데이터가, 저장 매체(616)로부터, 그 매체(616)보다 하나 이상의 프로세서에 의한 더 빠른 정보에의 액세스를 허용하는 메모리(618) 내로 읽혀지게끔 한다. 메모리(618)는 통상, DRAM이나 SRAM과 같은 휘발성, 랜덤 액세스 메모리이거나, 프로세서(620)와의 정보 교환을 용이하게 하는 기타의 적절한 장치이다.
컴퓨터 시스템(600)이 본 발명의 다양한 양태가 실시될 수 있는 한 타입의 컴퓨터 시스템으로서 예시적으로 도시되어 있지만, 본 발명은 소프트웨어로 구현되거나 예시된 컴퓨터 시스템 상에 구현되는 것으로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 사실상, 예를 들어, 범용 컴퓨터 시스템 상에서 구현되지 않고, 제어기, 또는 그 컴포넌트나 서브섹션은, 대안으로서, 전용 시스템이나 전용 프로그래머블 논리 제어기(PLC)로서 또는 분산형 제어 시스템으로 구현될 수 있다. 또한, 제어 시스템의 하나 이상의 특징이나 양태는 소프트웨어, 하드웨어나 펌웨어, 또는 그 임의의 조합으로 구현될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 알고리즘 실행가능한 컴퓨터 시스템(600)의 하나 이상의 세그먼트는, 하나 이상의 네크워크를 통해 통신할 수 있는 별개의 컴퓨터들에서 수행될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전극을 포함하는 증발기를 동작시키기 위한 공정이 도 9에 나타나 있다. 도 9의 공정에서, 퇴적 동작은 동작(810 내지 870)을 포함한다. 동작(810 내지 830과 860 내지 870)은 전술된 도 3의 동작(410 내지 430 및 440 내지 450)과 각각 실질적으로 동일하다. 도 3의 공정과 대조적으로, 도 9의 공정은 전극의 전기적 특성의 모니터링 동작(동작 840)을 추가로 포함한다. 한 실시예에서, 전극으로부터의 전압이 모니터링되고, 모니터링된 전압의 평균 및 표준 편차가 계산된다. 또 다른 실시예에서, 전극으로부터의 전류가 모니터링되고, 모니터링된 전류의 평균 및 표준 편차가 계산된다. 동작(850)에서, 모니터링된 전기 파라미터는 그 파라미터에 대해 앞서 설정된 베이스라인과 비교되고, 측정된 파라미터가 허용가능한 공차 한계 내에 놓이는지에 관해 판정이 이루어진다.
만일 측정된 파라미터가 공차 이내인 것으로 판정되면, 금속화 레시피가 완료되고, 웨이퍼가 언로드되어(동작 860), 정규의 후속 처리를 위해 이송되고(동작 880), 새로운 로트의 미리세정된 웨이퍼들이 증발기에 트랙 인된다(동작 870). 대안으로서, 동작(850)에서, 측정된 파라미터가 공차 바깥인 것으로 판정되면, 웨이퍼의 언로드시(동작 890), 이들은 검사(동작 900)를 위해 이송된다. 금속 스핏 및/또는 레지스트 잔여물과 같은 결함이 허용불가능한 수준으로 웨이퍼 상에 존재한다고 판정되면(동작 910), 웨이퍼들은 스크랩되거나, 일부 실시예에서는, 가능하다면 리워크될 수 있다(동작 930). 공차 벗어남(out of tolerance) 신호를 생성한 증발기와 결함 웨이퍼는 생산 중지되고, 문제 해결될 것이다(동작 940). 증발기 내의 금속 슬러그가 오염된 것으로 파악되면, 계속 처리를 위해 증발기를 다시 가동하기 이전에 대체될 것이다(동작 940).
만일 공차 벗어남 파라미터를 나타낸 증발기로부터 나온 웨이퍼들이 동작(910)에서 허용가능한 낮은 결함 밀도를 갖는 것으로 파악되면, 이들은 추가 처리를 위해 이송되지만, 예방적 조처로서, 증발기는 문제해결될 것이며, 임의의 오염된 금속 슬러그는 증발기를 통한 추가의 제품 웨이퍼를 처리하기 이전에 대체될 것이다(동작 940).
도 9에 나타낸 다양한 동작들은 단지 예일 뿐이라는 것을 이해하여야 한다. 상이한 실시예들에서, 다양한 하나 이상의 이들 동작들이 상이한 순서로 수행된다. 다른 실시예에서, 이 공정에는 추가적 동작이 포함되며, 추가의 실시예에서, 하나 이상의 예시된 동작들이 생략되거나 대체된다.
여기서 설명된 바와 같은 전극을 포함하는 증발기의 동작 방법의 추가적 실시예는 당업자에게 자명할 것이다. 한 대안적 실시예에서, 양의 전압이 전극에 인가된다. 이 양의 전압은 전자를 끌어들이므로, 전극에 의해 포획된 전자들의 양을 증가시켜, 장치를 후방 산란된 전자들의 존재에 더욱 민감하게 만든다. 전극 상의 양의 전하는 또한, 후방 산란된 전자들을 퇴적 챔버의 벽을 향하여 그리고, 웨이퍼 지지대의 웨이퍼로부터 멀어지도록 (최소한 어느 정도) 편향시킬 것이다. 편향의 양은 전극에 인가되는 전압의 양에 따라 다를 것이다. 양으로 바이어싱된 전극이 이용되는 일부 실시예들에서, 모니터링되는 전기 파라미터로서 전극으로부터의 전류의 평균 및/또는 표준 편차가 이용되어, 전극 상에 일정한 전압이 유지될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전극에 인가되는 전압은 시간에 따라 변하도록 되거나 변하는 것이 허용된다. 전술된 실시예들에서와 같이, 모니터링된 전류 및/또는 전압에 대한 베이스라인 값으로부터의 평균값 또는 표준 편차의 변화는 잠재적으로 오염된 금속 슬러그를 나타낸다. 잠재적으로 오염된 전극의 표시를 확인하기 위해 증발기를 모니터링하는 데 이용되는 기타의 시스템이나 제어기로부터의 신호의 수신시에, 오퍼레이터는 증발기의 문제해결을 행하거나 필요하다고 생각되면 의심스런 금속 슬러그를 교체할 수 있다.
또 다른 실시예에서, (양의 또는 음의) 전하가 전극(510)에 인가될 수 있다. 전극 상의 전하는 증발기의 동작 동안에 시간 경과에 따라 측정될 수 있다. 전극 상에서 측정된 전하의 변화 또는 전하의 변화율의 변화는 잠재적으로 오염된 금속 슬러그를 나타낼 수 있다.
예
후방 산란된 전자 방출원을 조사하기 위해, 일련이 실험이 실시되어 e빔 금속 증발/퇴적 시스템에서의 증발 공정 동안에 상이한 재료들로부터 발생된 에너지 자유 전자들의 양을 비교하였다. e빔 금속 증발/퇴적 시스템의 진공 챔버 내부에 들어맞는 전극이 제조되었다. 이 전극은 상이한 재료들과 충돌하는 전자빔으로부터 생성된 에너지 전자수의 비교를 제공했다. 전극은 링으로 구부려진 구리판으로 형성되었다. 구리 전극판은 진공 챔버 내의 세라믹 절연 격리기에 의해 접지로부터 전기적으로 격리되었다. 데이터 기록 능력을 갖춘 고임피던스 전압계(a Keithley 2420 source meter)에 전극을 접속하는 데 구리 와이어가 이용되었으며, 여기서 전극으로부터의 전압 신호가 모니터링되고 데이터 파일에 기록되었다. 그 장비는 어떤 인증된 표준과 대조하여 캘리브레이트되지 않았기 때문에, 측정된 전위는 전극 상의 전하의 실제량과 상관될 수 없을 것이다.
이 실험을 위해 15 KW 전원을 갖춘 Temescal FC2700 증발기가 이용되었다. 금속 슬러그를 용융하는 데 이용되는 45% 일정 전력 전달 사이클까지 30초간 램프업(ramp up)과 용융된 슬러그를 금속이 증발하는 온도로 유지하는 데 이용되는 50% 일정 전력 전달 사이클까지의 30초간 램프를 갖는 레시피가 생성되었다. 양쪽 모두의 일정 전력 사이클에 대해 체류 시간(dwell time)은 30초였다. 전극에서 수집된 전압을 기록하면서 상기 레시피를 이용하여 상이한 금 슬러그로부터의 상이한 금 용융이 실행되었다.
제1 실험은 표면 상의 추정 1ppm의 탄소로 오염된 금 슬러그를 이용하여 실시되었다. 이 실험으로부터 얻어진 데이터가 도 10에 나타나 있다. 이 도면에서 전자빔 전력은 "빔 전력" 데이터 포인트로 표현되고, 전극 상에서 관찰된 전압은 "전극 전위" 데이터 포인트로 표현된다. 10 KV 고전압을 켜고 방출기를 유휴 상태로 하면, 전극 전위는 접지에 관해 0 V였다("A"라 표시된 포인트의 좌측편의 차트 부분). 전력이 램프업되고 금 용융물 상에 빔이 나타나기 시작하면서 빔 방출 전류가 생기자마자, SMU는 약 -1.25 V를 측정했다("A"라 라벨링된 포인트). 전력이 최대치의 45%까지 계속 램프업됨에 따라 전압은 다소 일정하게 유지되었다("A"라 라벨링된 포인트와 "B"라 라벨링된 포인트 사이의 데이터 포인트). 금 슬러그가 용융되기 시작할 때, 전압은 갑작스럽게 -0.5V로 떨어졌다("B"라 라벨링된 포인트 직전의 포인트들). 50%로의 전력의 추가 증가는 전극 전압이 -0.4V로 떨어지게끔 했다(대략 "C"라 라벨링된 포인트에서 개시). 포인트 "D"에서, 1 ppm의 탄소 오염된 샘플 테스트에 이용된 금 슬러그에 인가된 빔 전력은 갑작스럽게 오프되었고, 전극 전압은 0 V로 되돌아갔다.
도 10에서, "빔 전력"에 대한 데이터 포인트들은 빔이 여전히 포인트 "D"에서 50% 전력임을 가리키지만, 이것은 데이터 수집 방법론의 아티팩트이다. 1 ppm의 탄소 오염된 샘플 테스트에 대한 데이터와 (도 11을 참조하여 후술되는) 30 ppm의 탄소 오염된 샘플 테스트에 대한 데이터가 상이한 실행 동안에 취해진 다음 취합되었다. 30 ppm의 탄소 오염된 샘플 테스트에 대해 "빔 전력" 데이터 포인트들은 "전극 전위" 데이터 포인트들에 시간적으로 더욱 정확히 대응하며, 이것이 30 ppm 탄소 오염된 샘플 테스트 데이터 포인트들이 차트의 우측편에서 0 V로의 복귀를 왜 보여주지 않는지에 대한 이유가 된다; 빔 전력은 차트의 우측편의 30 ppm의 탄소 오염된 샘플 테스트 데이터 포인트들의 수집 동안에 여전히 온으로 있었다.
용융 레시피는 2 Hz의 원형 전자빔 스윕 패턴을 이용하였고, 데이터 로그(log)의 샘플링 레이트는 1초였다. 빔의 원형 스위핑 움직임은 도 10 및 도 11에 기록되고 나타나 있는 전압에서의 스파이크와 상관되었다. 빔 포커스는, 빔이 슬러그의 표면의 상이한 부분들을 스위핑함에 따라 변했다. 슬러그 위를 지날 때마다, 빔 포커스는 오염되지 않은 금 위를 지날 때는 조여졌고, 탄소가 많은 영역 위를 지나는 동안에는 빔이 확산됨으로써, 후방 산란된 전자 방출이 변하게끔 했다. 탄소 오염을 포함하는 금 용융물의 일부 위를 빔이 지날 때, 금 용융물의 비-오염 영역 위를 빔이 지나는 경우보다 많은 양의 전자들이 후방 산란되었다. 전자빔이 금 용융물의 "오염(dirty)" 영역 대 "청정(clean)" 영역 위를 지날 때 후방 산란된 전자들의 양에서의 이러한 변화는, 도 10 및 도 11의 데이터 포인트들에서 관찰된 전압 레벨의 변화에 반영된다. 1 ppm의 탄소 오염된 금 용융물에 대응하는 데이터 포인트들의 경우(도 10), 전자빔이 금 용융물의 "청정" 영역 대 "오염" 영역 위를 지날 때 얻어진 데이터 포인트들 사이에는, 약 0.5V의 전압차가 관찰되었다. 30 ppm의 탄소 오염된 금 용융물에 대응하는 데이터 포인트들의 경우(도 11), 이 전압차이는 약 1V로서, 1 ppm의 탄소 오염된 금 용융물에 대응한 데이터 포인트들에 대해 관찰된 전압차의 약 2배이다.
고정된 빔과 1 ppm의 탄소 오염된 금 슬러그를 이용하여 실험이 반복되었을 때, 전압은 변동하지 않았지만, 도 10에서와 같이 데이터에서 유사한 트렌드가 관찰되었다. 이 고정 빔 테스트에서 얻어진 데이터가 도 12에 나타나 있다. 도 12에서, 포인트 "A'", "B", "C", 및 "D"는 도 10에서 라벨링된 유사한 포인트들을 나타낸다. 도 12는 또한, 포인트 "E"를 포함하며, 여기서, 전자빔 전력이 저하되고, 금 용융물이 고화(solidify)되며, 전극으로부터의 전압은 약 -1.6 V로 저하되었다. 관찰된 전압에서의 변동은 발생하지 않았는데, 이것은, 금 슬러그의 "청정" 및 "오염" 영역 위를 스위핑하는 것이 아니라 금 슬러그의 단일 부분 상에 전자빔이 포커싱되어 유지되었기 때문이다.
2 Hz의 원형 빔 스윕 패턴에 의한 동일한 레시피를 이용하여, 도 10에 관하여 설명된 실험이, 표면 상에 약 30 ppm의 탄소를 갖는 금 용융물을 이용하여 반복되었다. 이 반복된 실험으로부터의 데이터가 도 11에 나타나 있다. 도 10과 도 11 간의 비교는, "청정" 1 ppm 탄소 오염된 슬러그와 "오염" 30 ppm 탄소 오염된 슬러그 사이에 관찰된 전압차를 나타낸다. 빔이 포인트 "A"에서 30 ppm 탄소 오염된 슬러그와 충돌할 때, 접지에 대한 전극 전위는 1 ppm 탄소 오염된 슬러그에 대해 관찰된 것보다 약 2배 높았으며, -2.2V였다. 1 ppm 탄소 오염된 슬러그보다 30 ppm 탄소 오염된 슬러그를 용융시키는 데 더 많은 전력과 더 긴 시간이 걸렸다(도 10의 포인트 "B"와 "C"로부터 도 11의 포인트 "B"와 "C"의 우측 이동에 주목).
30 ppm 탄소 오염된 슬러그를 이용한 램프 및 고정 전력 사이클을 통틀어, 전극 상에 생성된 전압은 1 ppm 탄소 오염된 슬러그를 이용한 실험에서와 동일한 트렌드를 따랐지만, 전체 곡선이 더 음의 전압을 향하여 이동하여, 전극에 의해 더 많은 전자들이 수집된 것을 나타낸다. 30 ppm 탄소 오염된 금 슬러그가 용융되면, 전압은 저하되지만, 1 ppm 탄소 오염을 갖는 용융된 슬러그에 대해 관찰된 것보다 전체적으로 더 높은 음의 전압에 머물렀다. 용융된 30 ppm 탄소 오염된 금 슬러그로부터의 전압 판독치의 범위 및 표준 편차는, 도 10 및 도 11을 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 1 ppm 탄소 오염된 금 슬러그의 경우보다 상당히 컸다.
표면 상에 약 30 ppm보다 많은 탄소를 갖는 금 슬러그는, 전자 빔이 15 KW 전원으로부터 공급된 90% 빔 전력이더라도, 완전히 용융되지 않을 것임을 알게 되었다. 이것은 이 레벨의 탄소 오염이면, 슬러그를 완전히 용융시키기에 충분한 에너지를 부여하기 위해 충분한 전자가 금 슬러그에 도달할 수 없을 정도로 많은 전자들을 금 슬러그의 표면으로부터 반사 또는 후방 산란하기에 충분하다는 것을 나타낸다.
1 ppm 및 30 ppm의 탄소 오염된 금 슬러그들 양쪽 모두가 청정하고 광학적으로 광택성으로 보이지만, 30 ppm 탄소 오염된 슬러그의 SEM 검사는 표면 상의 탄소 입자들의 얼룩을 보여주었다. 저탄소 함량(1 ppm 미만)의 재료로 만들어진 금 용융물은 SEM 검사에서 가시적인 탄소 입자들을 갖지 않는다. 30 ppm 탄소 오염된 금 슬러그의 EDX 조사에서는, 슬러그의 탄소 오염을 나타내는 강한 탄소 신호가 나타났다. 1 ppm 미만의 탄소 오염된 금 슬러그의 EDX 조사에서는, 30 ppm의 탄소 오염된 금 슬러그의 EDX 조사에서보다 훨씬 감쇄된 탄소 피크를 보였다.
전극 전위를 기준으로서 이용하여, 양호한 청정 금 용융물에 대한 베이스라인으로 -0.4V의 관찰 전압이 결정된 반면, -0.8V 미만의 전압은 탄소 오염된 금 용융물을 나타내는 것으로 결정되었다.
이 데이터에 기초하여, 이 실험에서 이용된 증발기 구성에 대한 전압 임계치 레벨로서 -0.8 볼트의 전압이 설정될 수 있었다. 전압 데이터 포인트 피크가 -0.8 볼트 미만에서 관찰되었다면, 이것은 이 실험에서 이용된 특정한 증발기의 잠재적으로 오염된 금 슬러그의 표시가 될 수 있다. 다른 금속 및/또는 증발기들은 상이한 전압 임계치를 가질 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 그러나, 출원인은 청정 금속 슬러그와 오염 금속 슬러그 사이의 유사한 차이점은, 이 실험에서 관찰된 e빔 증발기의 퇴적 챔버 내에 위치한 전극 상에서 관찰된 전압 데이터 포인트들의 평균 및 표준 편차 또는 범위의 이동에 관하여 유사한 결과를 보일 것이라고 판단했다.
이 실험은 또한, 금속 증발기에서, 비교적 낮은 레벨의 탄소 오염을 갖는 제1 금 슬러그는 더 높은 양의 탄소 오염을 갖는 금 슬러그에 대한 전압 강하보다 더 작은 크기의, 금속 증발기의 퇴적 챔버에 놓이는 전극 상의 전압 강하를 보일 것이라는 것을 나타낸다. 또한, 더 오염된 금 슬러그와 함께 동작하는 금속 증발기에 대한 전극 상의 전압 판독치의 변동은, 더 청정한 금 슬러그가 이용될 때의 전압 판독치의 변동보다 상당히 클 것이다.
본 발명의 적어도 한 실시예의 수개 양태들을 설명하였으나, 당업자라면 다양한 변형, 수정, 및 개선을 용이하게 떠올릴 것임을 이해할 것이다. 이러한 변형, 수정, 및 개선은 본 개시의 일부인 것으로 의도되며, 본 발명의 사상과 범위 내인 것으로 의도된다. 따라서, 전술된 설명과 도면은 단지 예시일 뿐이다.

Claims (22)

  1. 전자빔 금속 증발/퇴적 공정(electron-beam metal evaporation/deposition process) 동안에 전자빔 증발기에 배치된 금속 슬러그(metal slug) 내의 불순물들을 검출하는 방법으로서,
    상기 전자빔 금속 증발/퇴적 공정 동안에, 상기 전자빔 증발기의 퇴적 챔버 내에 위치하며 상기 금속 슬러그로부터 물리적으로 이격된 전극에 의해 제공되는 제1 전기 신호를 모니터링하는 단계;
    상기 전자빔 금속 증발/퇴적 공정 동안에 상기 제1 전기 신호의 변화를 검출하는 단계; 및
    상기 제1 전기 신호의 검출된 변화에 응답하여, 상기 금속 슬러그 내의 증가된 불순물 농도를 표시하는 단계
    를 포함하는, 금속 슬러그 내의 불순물 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 검출하는 단계는,
    상기 제1 전기 신호를 임계치와 비교하는 단계; 및
    상기 제1 전기 신호가 상기 임계치를 미리결정된 양보다 많이 초과하는 것에 응답하여 정의된 농도보다 높은 불순물들이 상기 금속 슬러그에 존재한다고 판정하는 단계
    를 포함하는, 금속 슬러그 내의 불순물 검출 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 임계치는 상기 전자빔 금속 증발/퇴적 공정의 기간에 걸쳐, 상기 전극에 의해 제공되는 제2 전기 신호를 모니터링함으로써 결정되며, 상기 임계치는 상기 제2 전기 신호로부터 결정되는, 금속 슬러그 내의 불순물 검출 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 전기 신호 및 상기 제2 전기 신호 중 적어도 하나를 모니터링하는 것은, 전압의 판독치를 모니터링하는 것 및 전류의 판독치를 모니터링하는 것 중 적어도 하나를 포함하는, 금속 슬러그 내의 불순물 검출 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 전기 신호 및 상기 제2 전기 신호 중 적어도 하나를 모니터링하는 것은, 각각, 제1 일련의 주기적 판독치와 제2 일련의 주기적 판독치 중 적어도 하나를 모니터링하는 것을 포함하는, 금속 슬러그 내의 불순물 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 일련의 주기적 판독치에 대한 베이스라인 평균치와 베이스라인 표준 편차를 설정하는 단계를 더 포함하는, 금속 슬러그 내의 불순물 검출 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 정의된 농도보다 높은 불순물들이 상기 금속 슬러그에 존재한다고 판정하는 단계는, 상기 전극으로부터의 상기 제1 일련의 주기적 판독치가 상기 베이스라인 평균치로부터 미리결정된 양보다 많이 이동된 평균치를 갖는 것의 관측과, 상기 전극으로부터의 상기 제1 일련의 주기적 판독치가 상기 베이스라인 표준 편차로부터 미리결정된 양보다 많이 이동된 표준 편차를 갖는 것의 관측 중 적어도 하나에 응답하여 판정하는 단계를 포함하는, 금속 슬러그 내의 불순물 검출 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 일련의 주기적 판독치가 제2 세트의 주기적 판독치에 기초하여 확립된 통계적 공정 제어(SPC; statistical process control) 룰들의 세트를 위반하는 것에 응답하여 경보를 생성하도록 프로그램된 컴퓨터 시스템에, 상기 제1 일련의 주기적 판독치와 상기 제2 일련의 주기적 판독치를 제공하는 단계를 더 포함하는, 금속 슬러그 내의 불순물 검출 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 슬러그 내에 불순물들이 정의된 농도보다 높게 존재한다는 판정에 응답하여, 상기 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템이 반도체 제품 웨이퍼의 처리에 부적합하다는 표시를 생산 제어 시스템에 제공하는 단계를 더 포함하는, 금속 슬러그 내의 불순물 검출 방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 슬러그의 표면에 전자빔을 지향시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 전기 신호를 모니터링하는 단계는, 상기 금속 슬러그 내의 불순물들과의 상기 전자빔의 충돌로부터 후방 산란된 전자들을 모니터링하는 단계를 포함하는, 금속 슬러그 내의 불순물 검출 방법.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 정의된 농도보다 높은 불순물들이 상기 금속 슬러그에 존재한다는 판정에 응답하여 상기 금속 슬러그를 교체하는 단계를 더 포함하는, 금속 슬러그 내의 불순물 검출 방법.
  12. 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템의 진공 챔버에서, 전자빔 금속 증발/퇴적 공정 동안에 금속 슬러그로부터 얻어진 금속을 반도체 웨이퍼 상에 퇴적하는 단계;
    상기 전자빔 금속 증발/퇴적 공정 동안에 상기 진공 챔버 내에 위치한 전극에 의해 제공되는 전기 신호를 모니터링하는 단계;
    상기 전자빔 금속 증발/퇴적 공정 동안에 상기 전기 신호의 변화를 검출하는 단계; 및
    상기 전기 신호의 검출된 변화가 상기 금속 슬러그 내의 증가된 불순물 농도를 나타내는 것에 응답하여, 상기 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템 상의 반도체 웨이퍼의 처리를 중지하는 단계, 및 상기 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에 예방적 유지보수를 실시하는 단계 중 적어도 하나
    를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전기 신호의 검출된 변화시에, 상기 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에서 처리중이었던 반도체 웨이퍼들을 검사하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전기 신호의 검출된 변화시에, 상기 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에서 처리중이었던 반도체 웨이퍼들을 리워크(rework)하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극을 접지로부터 전기적으로 격리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예방적 유지보수를 실시하는 단계는 상기 금속 슬러그를 교체하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자빔 금속 증발/퇴적 공정 동안에 상기 전극에 의해 제공되는 전기 신호를 모니터링하는 단계는, 상기 전극 상에서 상기 금속 슬러그 내의 불순물들로부터 후방 산란된 전자들에 의해 생성되는 전기 신호를 모니터링하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에서의 처리 동안에 가교된 포토레지스트를 포함하는 반도체 웨이퍼들의 수를 저감함으로써 수율 향상이 달성되는, 방법.
  19. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에서의 처리 동안에 금속 스피팅(spitting)에 의해 생성된 금속 결절(metal nodule)들을 포함하는 반도체 웨이퍼들의 수를 저감함으로써 수율 향상이 달성되는, 방법.
  20. 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템으로서,
    상기 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템의 진공 챔버 내에 위치하며 접지로부터 격리되도록 구성된 전극 - 상기 전극은 상기 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템의 동작 동안에 상기 전극의 일부와 금속 슬러그의 표면 사이에 장애물 없는 직선 경로가 존재하게끔 배치되도록 구성되고, 상기 전극은, 상기 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템에서의 처리를 위해 배치된 웨이퍼와 상기 금속 슬러그의 표면 사이의 직선 경로를 가로막지 않게끔 배치되도록 더 구성됨 -; 및
    상기 전극에 결합된 전기 계측기
    를 포함하는, 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 전기 계측기는 전압계 및 전류계 중 적어도 하나인, 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 전기 계측기로부터 신호를 수신하고, 베이스라인으로부터의 상기 신호의 변화를 검출하며, 오퍼레이터에게 상기 신호의 변화를 경보하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 전자빔 금속 증발/퇴적 시스템.
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