計測
45nmノードのプロセスで用途が拡大するウェ ーハ・レベル計測 Paul MacDonald, Greg Roche, Mark Wiltse -– KLA-Tencor Corporation
製造装置のトラブル・シューティングやモニタ等、多岐にわたるプロセスの最適化にKLA-TencorのIntegral™ 、SensorWafers™を はじめとする計測用ウェーハの用途が広がっている。これらの専用ウェーハには高精度かつ時間系列で計測を行うための計測 装置一式が組み込まれており、ダイナミックに変動するプロセス環境に対するウェーハの挙動を調べることができる。
パターン微細化への流れが続いた結果、従来の形式の計測デ ータに加え、リアルタイムでの装置データを統合する必要性 が出てきた(1)。半導体業界では、プロセス装置との関連にお いて計測データを、オフライン（ラインから切り離した解析 のための計測）データ、インライン（プロセス直前・直後の 計測のために装置と直結または近傍での計測）データ、およ びin-situ(プロセス中での計測のために装置内に組込み計測） に分類・定義している。ITRSのMetrology and Factory Integration分 科会も2007年版改訂のロードマップに「オフライン／インラ イン／in-situ計測」の分類を記載することになっている(2)。 計測用ウェーハは、空間分布（オフラインデータ）と同時に リアルタイム情報をプロセス内部から収集する（in-situデー タ）だけでなく、これらの計測値をプロセス直前直後に読み 込む（インラインデータ）ことができるという点で、上記の 3つのカテゴリ全体を網羅するものとして位置付けられる。次 節では、45nmノードに関連するさまざまなアプリケーション 事例について取り上げ、計測用ウェーハの用途を考察する。
物理気相蒸着（PVD）：Cuバリヤー／シード形成における温度分布 のチャンバ間マッチング
半導体工程にCu配線が導入されたことにより、シード・レ イヤおよびバリヤー形成に細心の注意を払う必要が出てき た。成膜温度の低下に伴い、ワイヤレス方式のセンサ・ウ ェーハは、成膜プロセスの特性を評価し、チャンバ間マッ チングを実現する上での有用な手段となっている。 2つの量産用Cuシード形成チャンバを、様々なRF電力および チャック温度条件で比較調査した(3)。室温、低温、および超 低温の各カソード温度条件に対し、低電力および高電力条 件を評価した。図1aおよび1bに基準条件（低電力、低温） を示す。この図から、2つのチャンバ間では熱の均一性と平 均温度に差があることが一見してわかる。チャンバAでは、 ノッチ近くのエッジの非均一性が顕著である。チャンバBで は、同心円状でほぼ均一なパターンであり、温度レンジが 狭い範囲に収まっている。SensorWaferの実行で得られた温度 の空間分布データを、RF電力およびチャック温度パラメー タでモデル化し検証を行なった。チャンバ間のマッチング 不良はノッチ付近に局所的に現れており、RF電力供給の非 均一性によるものと判断された。 化学気相蒸着（CVD）：プラズマ窒化工程
このCVD膜の良否は、成膜時のウェーハの温度に大きく依 存する。ウェーハ温度は、ソース電極およびバイアス電極 を通じてウェーハに供給される電力だけでなく、静電チャ ックや熱プレート内部の温度制御によって左右される。 a)
b)
Mean 81.121 Range 47.365
Mean 71.807 Range 33.599
図1：低電力、低温Cuバリヤー成膜： a) チャンバAの基準温度分布（左）、b) チャンバBの基準温度分布
2007年冬号 歩留まり管理ソリューション
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パターンの微細化に伴い、CVDプロセスは低温化してきた。 従来、熱処理CVD電気炉は600∼1000 °C で運用してきた。 プラズマCVD（PECVD）の導入で、ウェーハ温度は250∼ 550°Cにまで下がった。その後、45nmノードでの超low-k誘電 体やhigh-kゲート構造の到来により、ウェーハ温度はさらに 下がっている。近年、30∼50°Cの範囲のウェーハ温度を使用 し、超low-kバリヤー層としてPECVD膜が開発された(4)。一部 のhigh-kゲート材料に絶縁やバリヤーなどの特性を付加する ためにプラズマ窒化が実用化されている(5)。 14