(57)【要約】試料の表面上の基底層を覆って形成された薄膜の分析の為の装置であって、薄膜は第１元素を含み、基底層は第２元素を含む。装置は、電子銃を含み、これは、薄膜が形成される試料の表面上の一点に衝突するように電子ビームを導く。電子検出器は、電子の衝突および放出電子のエネルギの分布を示す信号の出力に応答して、第１元素及び第２元素により放出されたオーガ電子を受ける。コントローラは、信号を受信し、エネルギの分布を分析し、薄膜の第１元素の組成と薄膜の厚みを決定する。
2005539210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の表面上の基底層を覆って形成された薄膜の分析の為の装置であって、前記薄膜は、第１元素を含み、前記基底層は、第２元素を含み、前記装置は：
電子銃であって、前記薄膜が形成される前記試料の表面上の一点に衝突するように電子ビームを導くように適合された、前記電子銃と；
電子検出器であって、前記電子ビームの衝突に応答して、放出された電子のエネルギ分布を示す信号の出力に応答して、前記第１元素と前記第２元素により放出されたオーガ電子を受けるように適合された、前記電子検出器と；
コントローラであって、前記薄膜内の前記第１元素の組成及び前記薄膜の厚みを決定する為に、前記信号を受信し、前記エネルギの分布を分析するように適合された、前記コントローラと；
を備える、前記装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記第１元素及び前記第２元素により放出されたオーガ電子にそれぞれ対応したエネルギ分布において、それぞれが振幅を有する第１ピーク値と第２ピーク値を見出し、前記第１ピーク値と前記第２ピーク値の振幅を分析し、前記薄膜の組成と厚みを決定するように適合されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記第２ピーク値の前記振幅を前記第１ピーク値の前記振幅と比較し、前記第２元素により放出された前記オーガ電子の減衰を推定し、それにより、前記薄膜の厚みを決定する、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記第１ピーク値の前記振幅を他のピーク値と比較し、前記薄膜の組成を決定するように適合されている、請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記薄膜の前記厚みは、５０ｎｍ未満である、請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記薄膜の前記厚みは、５ｎｍ未満である、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記薄膜の前記厚みは、１ｎｍ未満である、請求項６記載の装置。
【請求項８】
マイクロエレクトロニックデバイスを生産するクラスタツールにおいて：
半導体ウエハの表面上の基底層を覆う薄膜を形成するように適合された堆積ステーションであって、前記薄膜は第１元素を備え、前記基底層は第２元素を備える、前記堆積ステーションと；
検査ステーションであって、前記薄膜が形成されたウエハの表面上の一点に衝突するように電子ビームを導くように適合された電子銃、電子ビームの衝突に応答し、更に放出された電子のエネルギ分布を示す信号の出力に応答し、前記第１元素及び前記第２元素により放出されたオーガ電子を受けるように適合された電子検出器を備える、前記検査ステーションと；
前記薄膜内の前記第１元素の組成及び前記薄膜の厚みを決定するために前記信号を受信して前記エネルギの分布を分析し前記組成及び前記厚みの少なくとも一つに応答して前記堆積ステーションの動作パラメータを調節するように結合されたコントローラと；
を備える、前記ツール。
【請求項９】
ロボットを備え、前記ウエハが真空内に維持されている間に前記ウエハを前記堆積ステーションから前記検査ステーションに移送するように適合されている、請求項８記載のツール。
【請求項１０】
前記堆積ステーションにより形成された前記薄膜はゲート誘電層を備える、請求項８記載のツール。
【請求項１１】
前記堆積ステーションは、原子層堆積により前記薄膜を形成するように適合された、請求項８記載のツール。
【請求項１２】
原子層堆積により形成された前記薄膜は、前記表面上に金属シードを堆積する為に形成されたバリア層を備える、請求項１１記載のツール。
【請求項１３】
前記薄膜の厚みは、５０ｎｍ未満である、請求項８記載のツール。
【請求項１４】
前記薄膜の厚みは、５ｎｍ未満である、請求項１３記載のツール。
【請求項１５】
前記薄膜の厚みは、１ｎｍ未満である、請求項１４記載のツール。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記第１元素及び前記第２元素により放出されたオーガ電子にそれぞれ対応したエネルギ分布において、それぞれが振幅を有する第１ピーク値と第２ピーク値を見出し、前記第１ピーク値と前記第２ピーク値の振幅を分析し、前記薄膜の組成と厚みを決定するように適合されている、請求項８記載の装置。
【請求項１７】
前記コントローラは、前記第２ピーク値の前記振幅を前記第１ピーク値の前記振幅と比較し、前記第２元素により放出された前記オーガ電子の減衰を推定し、それにより、前記薄膜の厚みを決定する、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記コントローラは、前記第ピーク値の前記振幅を他と比較し、前記薄膜の組成を決定するように適合されている、請求項１６記載の装置。
【請求項１９】
製品検査の方法であって：
試料の表面上の基底層を覆って形成された薄膜を備える試料を受容するステップであって、前記薄膜は第１元素を備え、前記基底層は第２元素を備える、前記ステップと；
前記薄膜が形成される前記試料の表面上の一点に衝突するように電子ビームを導くステップと；
前記第１元素と第２元素により、当たる電子ビームに応答して放出されたオーガ電子を受けるステップと；
放出電子のエネルギ分布を分析するステップであって、前記薄膜の前記第１元素の組成と前記薄膜の厚みを決定する前記ステップと；
を備える、前記方法。
【請求項２０】
前記試料は、半導体ウエハを備え、前記試料を受容するステップは、前記ウエハ上に前記薄膜を形成する工程を備える、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記薄膜を形成する工程は、堆積チャンバ内のウエハ上に薄膜を堆積することを備え、前記試料を受容するステップは、更に、前記ウエハを前記堆積チャンバから検査チャンバに移送する工程を備え、前記電子ビームを導くステップと前記オーガ電子を受けるステップは、前記検査チャンバ内で実行される、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記薄膜を形成する工程は、前記ウエハ上にゲート誘電層を堆積することを備える、請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
前記薄膜を形成する工程は、前記ウエハに原子層堆積を適用することを備える、請求項２０記載の方法。
【請求項２４】
原子層堆積を適用することは、前記ウエハ上に金属シードの堆積の為のバリア層を形成することを備える、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記薄膜の厚みは、５０ｎｍ未満である、請求項２０記載の方法。
【請求項２６】
前記薄膜の厚みは、５ｎｍ未満である、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記薄膜の厚みは、１ｎｍ未満である、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記分布を分析するステップは、第１元素及び第２元素により放出されたオーガ電子にそれぞれ対応するエネルギの分布における第１ピークと第２ピークを見い出す工程であって、前記ピークがそれぞれの振幅を有する、前記工程と、前記薄膜の組成と厚みを決定する為に前記第１ピーク及び第２ピークの振幅を分析する工程と、を備える、請求項１９記載の方法。
【請求項２９】
前記振幅を分析する工程は、前記第２元素により放出されたオーガ電子の減衰を推定し、それにより、前記薄膜の厚みを決定する為に、前記第２ピークの振幅を前記第１ピークの振幅と比較することを備える、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記分布を分析するステップは、前記薄膜の組成を決定する為に前記第１ピークの振幅を互いに比較する工程を備える、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２００２年２月４日に出願された米国仮特許出願６０／３５４，３６２の利益を主張し、その内容は、参考の為に本願に組み込まれる。
【発明の分野】
【０００２】
本発明は、全体的に半導体装置製造およびプロセスコントロールに関し、特に、半導体ウエハ上に堆積された非常に薄い層の厚み及び組成をモニタすることに関する。
【発明の背景】
【０００３】
オーガ電子分光法（ＡＥＳ）は、材料の化学的特性や構成物の特性を測定する周知技術である。ＡＥＳの原理及びその様々な分析適用例における用途は、例えば、Kazmerski氏による"Microanalysis of Solids"（Plenum Press, New York, 1994）の第４章に記載されているが、その内容を参考のため本願に組み込む。 
【０００４】
ＡＥＳは、オーガ電子と呼ばれる特性電子のエネルギスペクトルを測定することに基づくが、これらは、エネルギを有する電離ビーム（通常、電子ビーム）により放射された固体から放出される。ビームは、固体内の原子核準位の電離を引き起こす。その結果として生じる核準位の空所は、無放射プロセス内の高エネルギ準位からの他の電子により直ちに埋められる。高準位から核準位への電子の移動により放出されたエネルギは、同準位または近い準位の他の電子に伝播され、これが後の電子（オーガ電子）を原子から流出させる。オーガ電子の運動エネルギは、原子の動作機能及びそのエネルギ準位の構造により決定される。
【０００５】
オーガプロセスの性質のため、（水素とヘリウムを除く）全ての元素は、良好に規定されたエネルギピークを持つ独特のオーガスペクトルにより特徴付けられる。これらのスペクトルは、科学文献でよく文書化されている。所定材料のオーガスペクトルにおいて、分布とラインの振幅を分析することにより、材料の元素的な組成と、それらの相対的な濃度を決定することが可能である。ＡＥＳに基づく分析的なシステムは、商業的に利用可能である。例えば、"Physical Electronics社（ミネソタ州エデンプレーリー）により生産された"SMART-Tool"は、ＡＥＳを使用し、半導体ウエハ及び磁気的ドライブヘッド上の微視的な欠陥や汚染を識別し、分析する。
【０００６】
検出されて分析される為には、入射電離ビームにより生成されたオーガ電子が試料から流出しなければならない。しかし、オーガ電子が、ホスト原子から自由になった後、これらは、衝突及び他の現象により急速にエネルギ損失を受ける。半導体及び金属において、オーガ電子の平均自由行程は、通常、０．４から５ｎｍである。そのため、研究によると、材料の表面に非常に近く生成されたオーガ電子だけが、脱出および検出される顕著な可能性を有する。その結果、ＡＥＳは、材料の最上部表面層上のデータだけを提供する。このＡＥＳの特徴は、表面及び薄膜分析の適用例において明らかに有益である。
【発明の概要】
【０００７】
半導体装置の製造において、多数の新しいプロセスが、１ｎｍ以下の範囲の厚みを有する非常に薄い表面層の形成に関係する。良好かつ一貫性のある装置性能のために、そのような層の厚みや組成は測定され、正確に制御されなければならない。歩留まりを最大にし、プロセス誤差を訂正するため、ウエハが処理されている間、非常に薄い層が形成された後、次の層が形成される前、厚みと組成測定が行われるべきである。しかし、次の層が形成される前にウエハが周囲の空気に晒される場合、非常に薄い層の所望の特性は、酸素及び／又は水の吸着により損ねられる。そのため、ウエハは、生産用チャンバに戻すことができない。そのため、生産環境内で非常に薄い層の厚みと組成を迅速かつ正確に測定することができる小型のツールが必要である。
【０００８】
この必要性に応じて、本発明の好適実施形態は、素早く、安価なオーガ測定学チャンバを提供するが、これは、半導体ウエハの製造に使用されるクラスタツールに組み込むことができる。このチャンバは、小さな、選定されたスポットをウエハ表面上に放射する電子銃と、結果として生じるオーガ電子スペクトルを測定するアナライザとを備える。スペクトルは、ウエハ表面上の非常に薄い層からのピークと、その下の基底層からのピークを含み、両方とも原子放出ピークである。ピークの相対的強度は、非常に薄い層の組成と、その厚みの両方を決定する為に使用される。これら情報は、非常に薄い層をクラスタツール外の周囲の空気に晒すことによりダメにすることなく、自然の位置でプロセス欠陥を検出し、訂正する為に使用可能である。
【０００９】
本願で説明された好ましい実施形態は半導体ウエハ上のマイクロエレクトロニックデバイスの製造に特に向けられているが、本発明の原理は、同様に、他のタイプの基板上に形成された非常に薄い層の組成や厚みを測定する為に適用可能である。
【００１０】
そのため、本発明の好適実施形態によると、試料の表面上の基底層を覆って形成された薄膜の分析の為の装置であって、薄膜は、第１元素を含み、基底層は、第２元素を含み、装置は：
電子銃であって、薄膜が形成される試料の表面上の一地点に衝突するように電子ビームを導くように適合された、上記電子銃と；
電子検出器であって、電子ビームの衝突に応答して、放出された電子のエネルギ分布を示す信号の出力に応答して、第１元素と第２元素により放出されたオーガ電子を受けるように適合された、上記電子検出器と；
コントローラであって、薄膜内の第１元素の組成及び薄膜の厚みを決定する為に、信号を受信し、エネルギの分布を分析するように適合された、上記コントローラと；
を備える、上記装置が提供される。
【００１１】
好ましくは、コントローラは、第１元素及び第２元素により放出されたオーガ電子にそれぞれ対応したエネルギ分布において、それぞれが振幅を有する第１ピーク値と第２ピーク値を見出し、第１ピーク値と第２ピーク値の振幅を分析し、薄膜の組成と厚みを決定するように適合されている。最も好ましくは、コントローラは、第２ピーク値の振幅を第１ピーク値の振幅と比較し、第２元素により放出されたオーガ電子の減衰を推定し、それにより、薄膜の厚みを決定する。さらに、コントローラは、第１ピーク値の前記振幅を他のピーク値と比較し、薄膜の組成を決定するように適合されている。
【００１２】
本発明の好適実施形態によると、マイクロエレクトロニックデバイスを生産するクラスタツールにおいて：
半導体ウエハの表面上の基底層を覆う薄膜を形成するように適合された堆積ステーションであって、薄膜は第１元素を含み、基底層は、第２元素を含む、上記堆積ステーションと；
検査ステーションであって、薄膜が形成されたウエハの表面上の一地点に衝突するように電子ビームを導くように適合された電子銃、電子ビームの衝突に応答し、更に放出された電子のエネルギ分布を示す信号の出力に応答し、第１元素及び第２元素により放出されたオーガ電子を受けるように適合された電子検出器を含む、上記検査ステーションと；
薄膜内の第１元素の組成及び薄膜の厚みを決定するために信号を受信してエネルギの分布を分析し組成及び厚みの少なくとも一つに応答して堆積ステーションの動作パラメータを調節するように結合されたコントローラと；
を含む、上記クラスタツールが提供される。
【００１３】
好ましくは、ツールは、ロボットを備え、ウエハが真空内に維持されている間にウエハを堆積ステーションから検査ステーションに移送するように適合されている。
【００１４】
好ましい実施形態において、堆積ステーションにより形成された薄膜はゲート誘電層を備える。他の好ましい実施形態において、堆積ステーションは、原子層堆積により薄膜を形成するように適合されている。好ましくは、原子層堆積により形成された薄膜は、表面上に金属シードを堆積する為の準備で形成された導電性バリア層を含む。
【００１５】
好ましくは、薄膜の厚みは５０ｎｍ未満であり、より好ましくは５ｎｍであり、最も好ましくは１ｎｍ未満である。
【００１６】
本発明の実施形態に従って追加で提供されるのは、製品検査の方法であって：
試料の表面上の基底層を覆って形成された薄膜を含む試料を受容するステップであって、薄膜は第１元素を含み、基底層は第２元素を含む、上記ステップと；
薄膜が形成される試料の表面上の一点に当たるように電子ビームを導くステップと；
第１元素と第２元素により、当たる電子ビームに応答して放出されたオーガ電子を受けるステップと；
放出電子のエネルギ分布を分析するステップであって、薄膜の第１元素の組成と薄膜の厚みを決定する上記ステップと；
を含む。
【００１７】
本発明は、以下の図面を参照して、その好適実施形態の詳細な説明から、十分に理解されよう。
【好適実施形態の詳細な説明】
【００１８】
図１は、本発明の好適な実施形態による、薄膜層の為のオーガ・分析用ツール２０の部分的に切断された概略図である。アナライザ２０は半導体ウエハ２２から放出されたオーガ電子を検出するように構成されている。ウエハは、基底層２４を覆って形成される超薄膜２６を備える。通常、薄膜２６は、５０ｎｍ未満の厚みである。しかし、アナライザ２０は、５ｎｍ未満の厚みの層に対し、最も有益に使用され、たとえ１ｎｍ未満の厚みの層に対しても使用可能である。以下、最近の半導体装置で使用される非常に薄い層の幾つかの例を説明する。
【００１９】
オーガ用ツール２０は、円筒状のミラーアナライザ（ＣＭＡ）として構成され、分析的技術として知られている。この種のＣＭＡは、"SUPERCMA"として知られているが、Staib Instruments社（Munich, Germany）により生産されている。このＣＭＡに関する更なる情報は、図１が変更して作成されたwww.staib-instruments.comから利用可能である。また、チャネルトロンを用いた円筒状セクタアナライザ（ＣＳＡ）のような電子アナライザの他のタイプは、オーガ分析の為に使用可能である。この種のＣＳＡは、Focus社（Hunstetten-Gorsroth, Germany)により生産されている。
【００２０】
ツール２０は、同軸電子銃２８を備え、これが、ウエハ２２の表面上の一点に向かう電子のビーム３０を検出する。電子ビームは、ウエハ表面上の密着したスポットに集束されるが、スポット径は、好ましくは直径が約１０−３０μｍ以下である。ビーム集束の位置は、好ましくは十分に安定しており、測定時間にわたり５μｍ以下で変化する。電子ビームの密着した集束は、膜２６の一部である特定ゲートの場所のようにウエハ表面上の正確な場所で膜２６の測定を許容するので、有用である。電子銃の電子エネルギは、狭いエネルギ拡散（最も好ましくは１ｅＶ未満）、１ｎＡから１μＡの範囲内のビーム電流を備えた、１−１５ｋｅＶの範囲内にあるのが好ましい。
【００２１】
ウエハ２２から散乱された電子は、円筒状ミラー３６に電子を出口スリット３８内に集束可能にするリターディングレンズ（遅延レンズ）３４を通って収集される。これらの電子は、技術的に知られる検出器４０（好ましくは、電子計数検出器）により受け取られる。検出器は、ウエハ２２から放出された電子数の計数を電子エネルギの関数として提供する。ウエハから散乱された電子は、２％のエネルギ解像度またはそれより良好な解像度で、高エネルギキャリブレーション安定度で、少なくとも０−２５００ｅＶのエネルギ範囲にわたり収集されるのが好ましい。高い信号／ノイズ比および歩留まりの為に、ツール２０は、好ましくは、（立体角２πに関し）少なくとも５％の収集効率で、少なくとも３０°の角度範囲にわたりウエハからの電子を捕捉するように設計される。このため、検出器４０は複数の平行捕捉チャネルを備えるのが望ましい。
【００２２】
図２は、シリコン基板にわたり形成された、厚みと組成が異なるシリコンオキシナイトライドから得られたオーガスペクトルの概略プロットである。これらのスペクトルは、放出された電子数Ｎ（Ｅ）を電子エネルギの関数として示す。これらは、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、シリコン（Ｓｉ）の独特なオーガ電子放出ラインに対応する、３つのピーク値を示す。
・Ｎ−ＫＬＬライン：３８０ｅＶ
・Ｏ−ＫＬＬライン：５０７ｅＶ
・Ｓｉ−ＫＬＬライン：１６１５ｅＶ
通常、オーガスペクトルは、異なる内部準位の電子遷移に対応する、各元素に対する複数のオーガラインを含む。ここでは、元素につき、たった一つのラインが示されているが、これは簡略化および明確化の為である。アナライザ２０も同様に、後方散乱電子を収集するが、これは、図示のように、オーガピーク値の下方にあるスムーズに変化するバックグランドを生じさせる。
【００２３】
図２は、３つの異なる膜から取られたスペクトルを含む。
・膜２６内の高い窒素／酸素比を持つ第１スペクトル４２
・低い窒素／酸素比を持つ第２スペクトル４４
・最初の２つのスペクトルと比較して、膜２６が薄い第３スペクトル４６
薄膜層の組成に対応する、ＮとＯピーク値の相対振幅は、当該層中の元素の相対濃度を反映することが観測されるであろう。さらに、膜２６が厚く形成されると、基底層２４内のシリコンから放出されるオーガ電子の減衰は、Ｓｉピークの振幅における減少になる。アナライザ２０により評価される薄膜の各タイプに対し、既知の厚みと組成の異なる膜を使用して、オーガスペクトルの較正測定が行われる。これらの較正測定値に基づき、同一タイプの、他の膜の厚み及び組成が、オーガスペクトルにおけるピークの振幅に基づき決定可能である。この方法は、膜２６の厚みの読みを、約０．０１ｎｍの精度で与えるには十分に正確である。
【００２４】
図３は、本発明の好ましい実施形態に従って、ウエハ２２のオーガ測定法の為のステーション４７を概略的に例示するブロック図である。ステーション４７は、運動ステージ４９を内包するチャンバ４８を備え、ウエハ２２は測定中、運動ステージ４９上に配置される。図１に示されるように、オーガ・アナライザ２０は、その電子ビームをウエハ２２上に導き、ウエハから放出されたオーガ電子及びバックグランド電子を受ける。
【００２５】
ステージ４９は、ウエハ上の所望位置が適切に電子銃２８のビーム内に配置されるようにウエハ２２を位置決めする。例えば、電子ビームは、内部に膜が形成されている特定ゲートの場所の方向に向けられてもよい。また、ビームは、２つのダイス間の、好ましくはスクライブラインに配置される、ウエハ２２の特別な検査場所に導かれてもよい。パターンと電子ビームの大きな特徴部のサイズ（３０μｍ）が与えられる場合、約±５μｍの位置決め解像度は一般的に十分である。空間の簡素さ、経済性のため、ステージ４９はＲ−θ（平行移動／回転）ステージを備えるのが好ましい。代替え的または追加的に、ステージは、Ｘ−Ｙ平行移動を提供してもよく、又は、アナライザ２０はウエハ２２全体に平行移動されてもよい。好ましくは、ステージ４９は、幾つかの場所が電子ビームにより連続して照射されるようにウエハが位置決め（アナライザが平行移動）される。膜２６の均一性がウエハ全体にわたり維持されることを確実にするため、オーガスペクトルは、各場所で測定される。
【００２６】
オプションとして、ステーション４７は、ウエハ２２に結合された、電流計（図示せず）を備え、電子銃２８による照射のためウエハ内に生成されたスペクトル電流を測定する。半導体ウエハに適用された生産ステップをモニタする際に試料の電流測定を使用することは、２００２年４月２日に出願され、"Method and apparatus for in-process contact via etch end-point"という題名の、米国仮特許出願第６０／３５４３６１号に記載されているが、この出願は現特許出願の譲受人に譲渡され、この開示内容は参考のため、本願に組み込まれる。
【００２７】
アナライザ２０及びステージ４９の位置決め及び操作は、銃／オーガ制御部５２，ステージ制御部５４を介して、メインコントローラ５０により制御されている。通常、低解像度光学顕微鏡（ＯＭ／ＰＡＬ）５６に基づく予備アライメント部は、ＯＮ／ＰＡＬ制御部５８を介して、コントローラ５０により使用され、検査されるウエハ上の地点で電子ビームを整列させる。このため、顕微鏡は、１×１ｍｍの視野にわたり３−４μｍの解像度を有するのが好ましい。この為に適した顕微鏡は、例えば、Optem (Faiaport, New York)により作られている。
【００２８】
操作中、真空はチャンバ内で真空ポンプ６０により維持されるが、真空ポンプ６０も、真空制御部６２を介して、コントローラ５０により制御され、モニタされる。技術的に知られるＡＥＳシステムは、通常、１０―９から１０−１０トルの超真空（ＵＨＶ）で操作するように設計されているが、本発明者は、チャンバ４８の有機物の蒸気のレベルがＵＨＶレベルに維持される限り、１０―６から１０−７トルの真空が本特許出願において説明された薄膜測定のタイプに対し満足できる結果を与えることを発見した。本発明の、この特徴は、以下に説明するように、クラスタツールにおいて、チャンバ４７を他のチャンバと一体化させる。もし、１０―９から１０−１０トルの真空が必要である場合、そのような一体化は、達成するのがかなり困難であろう。
【００２９】
ロボット６４は、ウエハをチャンバ４２内に挿入し、ウエハをチャンバから取り出す。コントローラ５０は、ロボット制御部６６を介してロボットと連絡する。ロボット６４は、図４で示されるように、好ましくは、ウエハをクラスタツール内の他のステーションから、或いは、他のステーションに移送する為に使用される。
【００３０】
ステージ４９を位置決めし、アナライザ２０を操作した後、コントローラ５０は検出器４０（図１）により収集された電子計数を受け取る。コントローラは、（図２に示されるように）エネルギに対し電子計数のスペクトルを分析し、測定されたピークの振幅を較正データと比較し、膜２６の厚みと組成を決定する。コントローラ５０は、また、後方散乱（非オーガ）電子信号を一定の膜の厚みを決定する際に使用してもよいが、これは、例えば、Optica Acta 24(6), p. 679（１９７７）で発行された、Niedrigによる"Film-Thickness Determination in Electron Microscopy: The Electron Backscattering Method"に説明されており、この開示内容は参考のため本願に組み込まれる。
【００３１】
コントローラが、膜の厚み又は組成が所定許容値の範囲外であると判断するとき、生産プロセスに割り込み、ユーザワークステーション６８を介してシステムオペレータに通知するのが好ましい。オペレータは、検査結果を評価し、その後、必要であろう訂正行為を発動する。この行為は、例えば、膜２６が薄すぎる場合、現在のウエハ上の堆積処理を継続すること、更に／又は、生産パラメータを調整し、後続するウエハ上に形成される膜の厚みや組成を訂正することを含んでもよい。
【００３２】
図４は、本発明の好ましい実施形態に従い、検査ステーションが組み込まれたクラスタツールの概略平面図である。この組み込みは、検査ステーション４７の構成要素の小型化、簡素化により、更に、検査ステーションが動作するのにＵＨＶを必要としないことにより、可能になった。超薄膜測定法の他の方法、例えば、Ｘ線または光学的方法は、クラスタツールのフレームワークに簡単に適合できないか、もし、このフレームワークにおける作業に適合させた場合、貧弱な解像度及び／又は低い処理能力という欠点を受ける。偏光解析法に基づく光学的な方法は、一部の目的の為には満足できるが、他の一部の方法で膜２６の組成が正確に決定される場合があるだけである。この制限の理由は、偏光解析法の測定は、組成と共に変化し、膜の屈折率に感度が高いからである。そのため、偏光解析法は、極端に薄い膜に対し使用可能であり、厚みと屈折率の積のみを導き出す。
【００３３】
図４に描かれた実施形態において、ロボット６４は、基底層２４がウエハ上に堆積され、その周りの金属シード層に対する準備がなされた後、ウエハ２２を受け取る。この実施形態と、対応するツール７０の形状は、一例として選定されており、他のプロセスや構成も同様に実施可能である。ツール７０の内側は排気されるので、ロボット６４はウエハ２２をチャンバからチャンバに、ウエハを周囲の空気に晒すことなく、移送することができる。代替え的に、ウエハは、最初に洗浄ステーション７２で洗浄され、その後、原子層堆積（ＡＬＤ）ステーション７４内に挿入される。このステップの目的は、基底誘電層又は半導体層２４を覆うバリア層を金属シーディング前に形成し、基底層内に金属が後で拡散することを防止することである。通常、バリア層は、ＴａＮ、ＴｉＳ、ＳｒＳ、又は、技術的に知られる他の材料を備える。
【００３４】
バリア層として機能する為に膜２６がウエハ２２上に堆積された後、ウエハ２２は検査ステーション４７に渡される。ステーション４７内で、ウエハ２２から放出されたオーガスペクトルが測定され、前述したように、その結果がコントローラ５０により評価され、バリア層の厚みと組成が決定される。例えば、ＴａＮバリア層は、約０．５から３ｎｍの間の数値に正確に設定された厚みを有する。膜２６の厚みと組成が公称値の所定の許容範囲（好ましくは、±０．０５ｎｍ）内にあると分かったとき、バリア層は許容可能とみなされる。ロボット６４は、その後、バリア層全体に銅シードを付ける為にウエハ２２をシードステーション７８に移動させる。銅シード層は、約５ｎｍの厚みを有するのが好ましい。望まれる場合、検査ステーション４７におけるオーガ測定は、銅シードの厚みを検証する為に、シーディングステップの後で繰り返されてもよい。
【００３５】
一方、バリア層が薄すぎると分かったとき、更なる堆積の為に、ロボット６４はウエハを、ステーション４７における再検査が続くＡＬＤステーション７４に戻すように指令されてもよい。代替え的または追加的に、ワークステーション６８は、処理パラメータを調節し、あらゆるプロセス制御偏差を訂正する為に使用可能である。
【００３６】
他の実施例として、ツール７０は、ウエハ上に形成されたＣＭＯＳトランジスタ内のゲートと上に横たわる導体との間にゲート誘電層を成長させる為に適合されてもよい。通常、ゲート誘電層は、約０．５から２ｎｍ間の、シリコンオキシナイトライドの薄い層を備えるが、これは、熱的に成長された酸化物のプラズマ窒化により形成される。トランジスタの電気的パラメータの一貫した制御のため、誘電層の厚みは、層の厚みが仕様書の約±０．０１ｎｍ以内になるように検査ステーション４７を使用してモニタされるのが好ましい。窒素濃度も同様に、慎重に、好ましくは約±０．７５％以内に制御される。その後、ウエハが周囲の大気中に取り出される前に、ツール７０のステーションの一つを使用して多結晶が誘電層全体に堆積される。
【００３７】
これらの実施例に加えて、ステーション４７内のＡＥＳは、汚染レベルの測定及び制御の為と同様、他のタイプの層の、化学量論組成分析の為に使用可能である。ステーション４７は、また、前述したようにコンタクトホールの監視の為の試料電流の測定、注入された照射量の測定の為のＸ線分光分析のような、他のタイプの測定にも適合可能である。他の可能な変形例は、当業者にとって明らかであろう。
【００３８】
本願で説明された好適な実施形態は半導体ウエハ２２上のマイクロエレクトロニックデバイスの製作に特に向けられているが、本発明の原理は、同様に、他のタイプの基板上に形成された非常に薄い層の組成や厚みを測定する為に適用可能である。そのため、前述された好ましい実施形態は、例示の為であり、本発明は、本願で具体的に示され説明されたものに限定されるものではないことが、理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、前述された様々な特徴の組合せおよび部分的組合せの両方、更に、上記説明を読む時に当業者が思い付く変更例や変形例であって従来技術に開示されていないものを含む。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明の好適な実施形態による、薄膜層の為のオーガ・アナライザの部分的に切断された概略図である。
【図２】図２は、本発明の好適な実施形態による、可変厚みの薄膜層から得られたオーガスペクトルの概略プロットである。
【図３】図３は、本発明の好適な実施形態による、薄膜測定学の為に概略的に装置を例示するブロック図である。
【図４】図４は、本発明の好適な実施形態による、薄膜測定学上のステーションを含むクラスタツールの概略的平面図である。
【符号の説明】
【００４０】
２０…オーガ・分析用ツール、アナライザ、２２…半導体ウエハ、２４…、２６…膜、２８…同軸電子銃、３０…ビーム、３４…リターディングレンズ（遅延レンズ）、３６…円筒状ミラー、３８…出口スリット、４０…検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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