(57)【要約】  プロセス間モードにおいて動作するよう形状が決められているプロセス監視の実行を含むマイクロエレクトロ製造プロセスをモニターする方法。
2007537603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理装置上でのマイクロエレクトロ製造プロセスをモニターする方法において、該装置は少なくとも１つの処理室、及び前記処理室と相互接続された転送室を含み、該方法は以下のステップよりなる：
少なくとも１つの処理室と関連するモニタセンサーを備えること；
少なくとも１つの処理室と転送室との間での処理する基板の移送を開始するよう第１のバルブを開けること；及び
モニタリングセンサーをして、第１のバルブが開かれた後でのみ、少なくとも１つの処理室の内部を観察するよう許可すること。
【請求項２】
請求項１の方法において、前記モニタリングセンサーは、第２のバルブを介して少なくとも１つの処理室に接続されており、該第２のバルブは、前記モニタリングセンサーをして、前記第１のバルブが開けられた後に、少なくとも１つの処理室の内部を観察することを可能とするよう開けられる。
【請求項３】
請求項１の方法において、前記開口は、少なくとも１つの処理室の内部と転送室との間に設けられており、該方法は、該開口の大きさを、第１のバルブが開かれていないときの小さいサイズから第１のバルブが開かれているときの大きいサイズまで変化させるステップを含む。
【請求項４】
請求項１の方法において、該モニタリングセンサーは、少なくとも１つの処理室の内部と相互接続されているが、しかし該モニタリングセンサーは、第１のバルブが開かれる後まで、モニターのための、動作電源が投入されない。
【請求項５】
請求項１の方法において、前記モニタリングセンサーは、処理する基板を前記転送室から少なくとも１つの処理室内に挿入する前に、前記少なくとも１つの処理室の内部を観察するよう動作可能とされる。
【請求項６】
請求項１の方法において、さらに前記モニタリングセンサーは、処理する基板が前記転送室から移送された直後に、少なくとも１つの処理室の内部を観察するよう動作可能とされる。
【請求項７】
請求項１の方法において、さらに前記モニタリングセンサーは、処理動作が終了した直後で、かつ前記基板を前記少なくとも１つの処理室から移送する前に、少なくとも１つの処理室の内部を観察するよう動作可能とされる。
【請求項８】
請求項７の方法において、さらに前記モニタリングセンサーは、前記基板が前記少なくとも１つの処理室から移送された後に、前記少なくとも１つの処理室の内部を観察するよう動作可能とされる。
【請求項９】
請求項１の方法において、さらに前記モニタリングセンサーは、前記第１のバルブが開けられたとき、最初の処理動作後に、前記少なくとも１つの処理室の内部を観察するよう動作可能とされる。
【請求項１０】
請求項９の方法は、前記モニタリングステップで得られた結果に基づいて、該プロセスを次の処理動作上で再構成するステップを含む。
【請求項１１】
マイクロエレクトロ処理装置は以下のものよりなる：
転送室；
第１のバルブによって前記転送室と相互接続される少なくとも１つの処理室であって、その中で少なくとも１つの処理する基板が、種々のプロセス動作のために少なくとも１つの処理室と転送室との間で移送されるもの；及び
少なくとも１つの処理室の内部と相互接続されたモニタリングセンサーであって、そこで前記装置は、前記第１のバルブが開けられた後でのみ、前記モニタリングセンサーを、動作可能とさせるもの。
【請求項１２】
請求項１１の処理装置において、さらに前記モニタリングセンサーは、第２のバルブにより前記少なくとも１つの処理室に相互接続され、前記第２のバルブは、第１のバルブが開けられた後でのみ、前記モニタリングセンサーの動作を可能とするよう選択的に開けられる。
【請求項１３】
請求項１１の処理装置において、ある開口が、少なくとも１つの処理室の内部と転送室との間に設けられ、前記装置は、前記開口のサイズを、第１のバルブが開けられていない時の、小さいサイズから、大きいサイズに選択的に変化するように構築され、第１のバルブが開けられた後に、少なくとも１つの処理室の内部にアクセスすることを可能とさせる。
【請求項１４】
請求項１１の処理装置において、該モニタリングセンサーは、少なくとも１つの処理室の内部と直接的に相互接続され、前記モニタリングセンサーは、第一のバルブが開けられた後までは、モニターのために電源供給がされないように、前記装置に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、仮特許出願、USSN60/ 570,382、2004,5月12日出願、タイトル；INTER-PROCESS SENSING OF WAFER OUTCOME,に基づく優先権を主張するもので、さらに優先権が、USSN＿＿（割り当てられる）[代理人整理番号247_198NP],2005年5月11日出願、タイトル；INTER-PROCESS SENSING OF WAFER OUTCOME,についても主張されるもので、各々の内容のすべては、ここでの参照によりここに組み入れられる。
【０００２】
本発明は、半導体製造プロセスをモニタリングする分野に関するものであり、かつ特にプロセス情報を決定することに対するプロセス間検出をする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
半導体製造プロセスの過程で、個々のステップごとにモニタリングを行うことの重要性は、その地位を確立した。現在、これらのプロセスのモニタリングに利用可能な２つのオプションがあり、エクスシチュ（ex situ）計測；ウェハが加工処理された後で、プロセスモニタリングが実行される、と、インシチュ（in situ） 測定、ウェハが加工処理されている間に、該プロセスがモニタリングされる、とがあった。
【０００４】
エクスシチュ（ex situ）計測のみによっても、十分な結果を得られるが、このアプローチには制限が、２通りある。第１に、エクスシチュ計測は、しばしば処理量を制限するステップがある。その結果、サンプリングスケジュールが用いられ、それゆえすべての処理されたウェハが、測定されるのではないことである。これは製造欠陥を検出する能力を制限し、また欠陥のある製品を次の処理ステップへ移動させてしまうことである。非常に悪いケースのシナリオは、どのような欠陥も最後のテストでのみ検出され、それゆえ最大限の無駄が生じる結果となることである。第２に、例えば電気テストのような、幾つかのエクスシチュ計測での測定は、そのテストを実行する前に、付加的なプロセスステップを必要とした。これらの測量に固有なのは、欠陥のある部分にさらなる工程を加えてしまうリスクである。
【０００５】
正確とはいえないが、インシチュ（in situ）測定は、問題となるプロセスステップ、または少し前のプロセスステップ、についての情報をあたえる速い測定ができる利点がある。インシチュ測定は、すべての加工処理されたウェハについて処理能力の劣化無しに実行し得る。さらに、インシチュ測定は、その測定を実行するためのステップを必要とせず、ステップを調査することができる。しかしながらインシチュ測定の限界は、それがウェハの結果物に対する直接的な測定ではないことである。どちらかといえば、処理条件が検出され、それによりウェハの結果物及びデバイスパフォーマンスへの影響が、物理的、現象的、又は経験的なモデル化を介して、予測される。
【０００６】
複数の分析装置が、マイクロエレクトロニクスの製造に関連のある種々の化合物を検出するために存在する。しかしながら、処理中の環境に耐えることの出来る利用可能なセンサーは、非常に少ない。
【特許文献１】特開平１０−２０４６４２号公報
【特許文献２】特開昭６２−０９４９３０号公報
【特許文献３】特開２００３−１００６２０号公報
【特許文献４】特許第３０３７１７３号明細書
【発明の開示】
【０００７】
本発明のひとつの側面によれば、加工処理装置上の半導体基板製造プロセスをモニターする方法であって、該装置は、少なくとも１つの処理室、及び前記少なくとも１つの処理室と相互に接続した転送室を含み、該方法は、前記少なくとも１つの処理室に関連するモニタリングセンサーを設けるステップ、前記少なくとも１つの処理室と前記転送室との間で処理する基板の移送を開始するために第１のバルブを開けるステップ、及び該第１のバルブが開けられた後に、前記センサーをして、前記少なくとも１つの処理室の内部を監視することを許すステップよりなる。
【０００８】
ひとつのバージョンによれば、モニタリングセンサーが、第２のバルブにより、少なくとも１つの処理室に接続され、第１のバルブが開かれた後に、前記モニタリングセンサーが少なくとも１つの処理室の内部をモニターすることを可能とするよう、第２のバルブが開かれる。もうひとつのバージョンによれば、開口は、少なくとも１つの処理室の内部と転送室との間に設けられており、該開口の大きさは、第１のバルブが開かれていないときの小さいサイズから第１のバルブが開かれたときの大きいサイズまで変化する。
【０００９】
更にもうひとつのバージョンによれば、モニタリングセンサーは、前記少なくとも１つの処理室の内部に相互接続されているが、しかし該モニタリングセンサーは、第１のバルブが開かれるまで、電源が挿入されない。
【００１０】
該方法によれば、該モニタリングセンサーは、基板（処理するウェハ）を処理室内に移送する直前、ウェハを処理室内の囲み内に移動させた直後、及び種々の層を基板上に塗布する間、を含むプロセス（プロセス間）の種々のポイントで前記少なくとも１つの処理室の内部をモニターすることができ、該モニタリングセンサーによって得られた結果に基づき、処理室を再構築することを可能とするものである。
【００１１】
本発明のもうひとつの側面によれば、処理装置は、転送室、第１のバルブにより前記転送室に相互接続される少なくとも１つの処理室よりなり、前記処理室は、堆積反応を形成するための反応ガス、及び少なくとも１つの処理室と転送室との間で移送される少なくとも１つの処理する基板を受けることができる。該装置は少なくとも１つの処理室の内部に相互接続されるモニタリングセンサーをさらに含み、ここで該装置は前記モニタリングセンサーをして第１のバルブが開かれて初めて、動作することを許すよう構築することができる。
【００１２】
以下の発明は、全体を通じてプロセス間検出（inter-process sensing）と言われる、急速にプロセス情報を得ることに向けた新規なアプローチを提示する。プロセス間検出は、少なくとも２つの利点を与える。第１に、このタイプの検出は、インシチュ（in situ）検出では一般的に可能ではない状況下で、インシチュ検出の利点が維持されることを可能とすることである。第２の実現される利点は、ある状況下での、主要なプロセスパラメータに対してよりよい感度があたえられることである。
【００１３】
本発明によるここで記述されているような、プロセス間検出は、ウェハの処理条件を決定しこれによりウェハの結果物を予測する実施可能（いくつかの好ましいケース）な方法であると信じられる。プロセス間検出は、一般にウェハを処理している間に存在するよりも、より化学的及び物理的に活性でない環境で実施される。この特徴は、プロセス環境は、しばしばセンサーに、弊害をもたらすものであるので、重要である。さらに、興味のあることは、しばしば主要なプロセス構成物ではなく、むしろ副産物及び汚染物質である。多くの場合、プロセスモニタリングセンサーは相対測定をすることに制限される、即ち、もしバックグラウンドレベルがより低ければ、センサーは、より低い絶対レベルで検出することができる。これらの場合には、プロセス間動作は、改善された感度を結果として生ずることができる。プロセス間動作のもう１つの利点は、それは、モニタリングセンサーをして、通常のウェハ処理中に都合の悪い環境を与えるアプリケーションにおいて、信頼性良く動作することを可能とすることである。
【００１４】
他の特性及び利点は、以下の詳細な記述を添付した図面とともに読むことにより容易に理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図面に返って図１（ａ）及び図１（ｂ）は、各々、本発明の第１の実施形態に従った、マイクロエレクトロニクス真空処理クラスターツール１０の動作を、プロセス間の動作のためにそれに関連して配置されるセンサー１４とともに、図示するものである。
【００１６】
ここで図示された該クラスターツール１０は、転送室２０、及びいくつかの近接する処理室３０、４０を含む。この実施形態の目的のために、単一の処理室４０のみを議論する。しかしながら、残りの処理室３０の各々も、次の議論に従って、同様の機能を備えることができる。処理室４０と転送室２０とは、２つの室が異なる圧力にあることを可能とするスリットバルブ４４により、お互いから分離される。通常動作においては、処理されるべきウェハ４８が処理室４０の内の１つに移送されるとすぐに、スリットバルブ４４は閉じる。ほとんどすべての処理ステップにおいて、該処理室３０内の圧力は、転送室２０内の圧力よりも、十分に高い。該プロセスが終了するとすぐにスリットバルブ４４が開き、処理されたウェハ４８が転送室２０を通って除去されることと、処理室４０の圧力が転送室２０の圧力まで下がることを許すことの両方を可能とする。
【００１７】
プロセスの間の高圧力は、使用することのできるセンサーのタイプを制限する。本発明に従った、この問題に対する１つの解決は、図１（ａ）及び（ｂ）で描かれているように、該プロセスの間に、バルブ６０を用いて、処理室４０からセンサー１４を孤立させることである。センサー１４を孤立させるバルブ６０は、該ツールの制御ソフトウェアによってスリットバルブ４４が開かれた直後に、または実質的に同時に、開くようプログラムされている。その結果、該センサー１４は、反応ガスのより低い圧力、より低い濃度、実質的には該プロセスの後段にさらされる。センサー１４を、孤立させるのに用いられるバルブの選択は、当然ながら機械的及び/又は空気弁を、又は他の適切なタイプを含むことができる。また、処理室４０とセンサー１４の間に使用されるクラスターツールのスループット及びバルブの予測される耐用年数は、各処理されるウェハ４８についてバルブ６０を閉めるべきかどうかを記述するであろう。
【００１８】
本発明による他の実施形態が図２（ａ）及び２（ｂ）に示される。同様の部品は明瞭化のために同じ参照番号で表される。すでに述べたように、クラスターツール１０は、転送室２０及び複数の処理室３０、３０、４０を持って使用される。スリットバルブ４４は、処理室を転送室２０から分離し、該バルブでは、ウェハ（基板）が、処理室２０の内の１つに移動させられた時点で閉じられ、処理が完成した時点で開かれ、処理されたウェハが、処理室から取り除かれることを許し、かつ、近接した室内の圧力を平均化するようにする。本実施形態において、処理をするセンサー１４は、また処理室４０に関連して配置され、かつ、先行する実施形態におけるように、弁操作をする事によって処理室から分離されるというよりむしろ処理室の内容物に露出されるようマウントされる。しかしながら、この実施形態による装置は、図２（ａ）に示されるように、該処理しているセンサー１４と相互接続し、該センサーが、プロセスの間は電源が切られる事により、十分な保護があたえられ、スリットバルブ４４が開けられる時点でのみ動作可能とされる。特に、センサー１４の電源を挿入することは、スリットバルブ４４が開けられた時と実質的に同時、あるいはそのすぐ後になるようにプログラムされる。
【００１９】
センサー１４をプロセスの環境から、保護するためのもうひとつ他の方法は、処理室４０とセンサー１４との間に備えられた開口６４の大きさを選択的に修正することを通して行う。特に、開口の直径（サイズ）は、意図的に、小さいサイズの開口を作製するよう熟考して小型化される、あるいはプロセスの間に、開口のサイズをより大きくして、あるいはスリットバルブ４４を開ける（即ち、プロセス間）のに続いて拡張することにより、削減される。多くの種々の技術を、必要に応じて開口を拡大及び縮小するステップを実行するのに、用いることができる。
【００２０】
圧力及び汚染を制限することによって、より感度の良い分析装置を用いて、より正確な結果を得ることができる。目的とする装置特性に依存して、本発明によるプロセス間検出は、インシチュ（in situ）測定よりも、対象に対してより適したものとすることができる。処理室４０は、一般に、該室内に気体を送り込み、かつその排出を可変の絞りポンプで調整することにより、圧力を維持する。その結果、意義のあるガススループットが得られ、かつ該センサーは、しばしば該プロセスの後方のステージにさらされる。プロセスの後方ステージの間での条件は、膜表面物性にとって比例的にでなく重要であることが決定される。反射率のような特性は、膜処理の最終ステージの間の条件の、大変強い関数であり、該プロセスの間の平均性能の関数にはほとんどないものである。
【００２１】
図３及び図４は、本発明により教えられる、プロセス間検出のための性能動機を相対的に図示するものである。これらの図に明らかなように、発見された検出のための興味ある量は、しばしばプロセス気体や、それらが発生する化学的副産物ではない。むしろ、室−ベースの及びウェハ−ベースの汚染が、しばしば興味の中心である。この焦点の理由は簡単である。多くの場合、プロセスガス濃度は非常によく調節され、かつプロセス変動は、入ってくるウェハ４８上の、あるいは処理室４０の内壁上に作り上げられる汚染によるものである。図３で示されるように、これらの汚染７４は、比較的一定の割合で気体を放出し、かつ比較的一定の絶対濃度を達成する。しかしながら、一度プロセスガス７８が加えられると、相対濃度が大幅に降下する。Inficon,Inc.,によって製造されたthe Transpector Gas Analysis Systemのような残留ガス分析器などの多くのセンサーは、絶対感度よりむしろ、それらの相対感度に対して制限を持つ。その結果、これらのセンサーは、プロセス内（インシチュ（in situ）計測）よりもむしろ、プロセスガスが処理室から取り出された後、プロセス間ベースで動作するときに、汚染に対する検出能力を持つ。 
【００２２】
プロセス間検出の性能の利点が以上のように打ち立てられて、プロセス間検出を本発明の目的のために用いることができる、少なくとも４つの異なる例を示す。他の手段または例は、当業者にとって自明であろう。
【００２３】
第１に、センサー１４を用いる、プロセス間検出測定は、該プロセスが完了した直後に、ちょうど完成したウェハの特性に関係して、上記した図１（ａ）-２（ｂ）に関連して上記で述べられたいくつかの方法の１つに従って、実施することができる。この構造は、たとえば、堆積層反射率または、エッチングされたプロファイルのような、ウェハの最終処理に関係するそれらの特徴を最も捕獲しやすい。これらの場合において、プロセスステップの最後における条件が、プロセス間測定に最も意義深く貢献していることがわかる。
【００２４】
第２に、プロセス間検出計測は、ウェハ４８が処理室４０に入る前に直ちに実施されることができる。この検出測定は、プロセスの開始の前に室の条件及び汚染レベルを、与えることができる。このステージでの汚染の存在は、室のメンテナンスの必要性を示し、かつ堆積された層の接着、カバーレッジ、及び抵抗率に影響を与える。
【００２５】
第３に、プロセス間検出測定は、ウェハ４８が処理室４０に入った後に、しかしプロセスの開始の前に、実施することができる。この検出測定は、ウェハで生まれる汚染に対するアクセスを与える。
【００２６】
第４に、プロセス間検出測定は、フィードフォワード制御に利用することが出来る。フィードフォワードというのは、一般に進行中のプロセス及びその後のプロセスについてなされる測定間の関係を特定するのに用いられる。後のプロセスは、進行中のプロセスの結果物を補うように調整される。堆積されたレイヤーの接着、又は接触抵抗は、先行するプロセスの結果物に依存した処理特性の２つの例である。レイヤー接着の例において、現在の電流層の表面粗さは、今後の層の接着に影響を与える。表面の粗さは、プロセス間検出を介して予測することができる。この情報は、例えばシード層の堆積時間を延長することによって、この後のプロセスを修正するのに用いることができる。
【００２７】
この発明の実施形態例では、Inficon,Inc.,により製造されたthe Transpector HPRのような、プロセス間 Residual Gas Analyzer(ＲＧＡ)を、ウェハ上にアルミニウム金属層を物理気的成長（ＰＶＤ）することに、すぐ続くリフローステップにおいてセンサーとして用いることにより行われる。先立つものはＰＶＤプロセスに限定されないということは容易に明らかであり、プロセス間検出は、また、エッチング、インプラント、加熱炉/拡散、急速熱処理（ＲＴＰ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、分子ビーム（ＭＢ）又は化学気相成長（ＣＶＤ）処理についても適切に行うことができる。この例において、プロセス間検出測定は、経験上のモデルを介して、金属反射率を予測するのに用いられる。上記で議論したように、金属層反射率は、ほとんど、最終段階にある２，３の単層が堆積される間の条件の単なる関数である。ＰＶＤは、ほとんど物理的なプロセスであるが、汚染が反射率に対し実質的に有害な影響を与え得る。したがって、リフローステップの終わりに近い処理条件にさらされる化学センサーは、反射率に悪影響を及ぼす汚染を検出する良い機会を持つであろう。
【００２８】
反射率に対するＲＧＡ測定に関係する正確なメカニズムは知られていないので、ＲＧＡ測定を反射率のエクスシチュ（ex situ）測定に適合させるために、ある経験的なモデルを用いる。一度この適合が最適化されると、該モデルは、そのほとんどがエクスシチュ測定によっては、直接は測定されない、すべてのウェハについて反射率を予測するためにＲＧＡ測定に直接適用することができる。
【００２９】
本発明は特に、図面に図示されたような好ましい実施形態を参照して示され、かつ記述されたが、技術的にこの発明の精神及び範囲から逸脱することなく、種々の詳細な変更をその中で成すことができることは、当業者にとって、理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１（ａ）】図１(ａ)は、本発明の一実施形態にしたがって構築されたプロセスモニタリングセンサーを含む、真空処理クラスターツールの動作を描写したものである。
【図１（ｂ）】図１(ｂ)は、本発明の一実施形態にしたがって構築されたプロセスモニタリングセンサーを含む、真空処理クラスターツールの動作を描写したものである。
【図２（ａ）】図２(ａ)は、図１(ａ)及び１(ｂ)に示されたものと異なる他のツール/モニタリングセンサーの実施を描写したものである。
【図２（ｂ）】図２(ｂ)は、図１(ａ)及び１(ｂ)に示されたものと異なる他のツール/モニタリングセンサーの実施を描写したものである。
【図３】図３は、プロセス内と、プロセス構成の間と間の処理室内の環境差の比較を図的に描いたものである。
【図４】図４は、プロセス内と、プロセス構成の間と間の処理室内の環境差の比較を図的に描いたものである。
【図１（ａ）】
2007537603.tif 000003
【図１（ｂ）】
2007537603.tif 000004
【図２（ａ）】
2007537603.tif 000005
【図２（ｂ）】
2007537603.tif 000006
【図３】
2007537603.tif 000007
【図４】
2007537603.tif 000008
【国際調査報告】
2007537603.tif 000009
2007537603.tif 000010
2007537603.tif 000011