3.2 Caract´erisation de l’´etat de surface du TiN en fonction du temps
3.2.5 Evolution de la contamination des plaques au cours du temps
Les plaques sont stock´ees et transf´er´ees entre les diff´erents ´equipements de d´epˆot ou d’analyse dans des boˆıtes de transfert appel´ees FOUPs (Front Opening Uni- fied Pods). Les mat´eriaux de ces FOUPs sont sp´ecialement ´etudi´es pour limiter au
minimum la contamination des plaques, mais celle-ci ne peut cependant pas ˆetre totalement ´elimin´ee. Il est donc n´ecessaire de d´eterminer :
- Quels ´el´ements contaminent au cours du temps les plaques de TiN - Si la contamination est uniforme sur toute la plaque 300 mm
L’´evolution de la contamination des plaques est ´etudi´ee au cours du temps post d´epˆot m´etallique. L’XPS est choisie pour effectuer ces mesures en raison de l’acces- sibilit´e des ´equipements directement en salle blanche et du spectre de d´etection tr`es large de cette technique, couvrant la majorit´e des ´el´ements du tableau p´eriodique. Une ´etude pr´eliminaire sur plaque de TiN fraichement d´epos´ee montre qu’en dehors des ´el´ements constitutifs de la couche (Ti, N, Si, Al et Hf), on d´etecte de l’oxyg`ene caract´eristique de l’oxydation `a l’air, ainsi que du carbone et du fluor, provenant de la contamination `a l’air des ´echantillons. On s’attache donc `a enregistrer l’´evo- lution de la quantit´e de ces ´el´ements au cours du temps et en diff´erentes positions sur un rayon de la plaque (9 points ´egalement espac´es entre centre et bord de plaque). La contamination la plus importante concerne le carbone, dont la d´etection se fait d`es les premi`eres heures suivant le d´epˆot m´etallique. La figure 3.18(a) repr´e- sente l’´evolution de l’aire de la composante C-C du pic C1s (la seule d´etectable sur ces mesures) en fonction du temps d’attente post d´epˆot et de la position du point de mesure sur le rayon de plaque. De mani`ere pr´evisible, la quantit´e de carbone la plus importante se retrouve en bord de plaque, `a proximit´e des parois du FOUP. La quantit´e d´etect´ee ´evolue lin´eairement au cours du temps et de fa¸con similaire quel que soit le point de mesure. Il est `a noter que bien que la contamination organique soit plus importante en bord de plaque qu’en centre, elle reste cependant dans le mˆeme ordre de grandeur.
Pour ce qui est de la d´etection du fluor, on s’attache `a l’´evolution de l’aire de la composante F1s, illustr´ee sur la figure 3.18(b). On observe l`a aussi une augmenta- tion de la contamination au cours du temps, avec cependant une stabilisation des niveaux d´etect´es pour les mesures aux temps les plus longs (`a partir de 45h apr`es le d´epˆot). L’effet bord / centre est ici beaucoup plus marqu´e que pour la d´etection de la contamination organique : le rapport entre les valeurs des aires mesur´ees est de 1 : 4 entre centre et bord de plaque, et toujours de 1 : 2 en bord entre les points situ´es `a 120 et 140 mm du rayon.
On voit donc bien que malgr´e les sp´ecifications de contrˆole des contaminants propres `a la salle blanche, les plaques sont toujours expos´ees `a une contamination r´esiduelle. Cette contamination peut provenir de l’atmosph`ere du FOUP, du d´ega- zage d’esp`eces `a partir des parois du FOUP [67] ou des autres plaques pr´esentes dans ce FOUP. Le d´egazage de fluor notamment a ´et´e mis en ´evidence par Gonzalez
(a) C1s (b) F1s
Figure 3.18 – ´Evolution de la contamination en carbone et fluor sur une plaque
de TiN en diff´erents points d’un rayon au cours du temps d’attente post d´epˆot d´etermin´ee par XPS.
et al. [68] .Dans le cas pr´esent, on peut suspecter l’hypoth`ese d’une contamination induite par les parois du FOUP, en raison de la r´epartition de contaminants plus importante en bord qu’en centre de plaque.
Cette augmentation de la contamination des plaques pourrait donc ˆetre un fac- teur contribuant `a la meilleure adh´erence de l’empilement dBARC / r´esine sur la surface de TiN apr`es un temps d’attente impos´e de 18 h.
3.2.6
Etude du d´egazage du TiN
Le d´egazage d’´el´ements par la couche de TiN pourrait donner une explication `a la faible adh´erence des motifs de r´esine dans les premi`eres heures apr`es d´epˆot. L’hy- poth`ese est en effet que les mol´ecules d´egaz´ees pourraient interagir avec le dBARC et diminuer son adh´erence. Il est donc n´ecessaire d’´evaluer :
- Si un d´egazage d’esp`eces intervient dans la couche de TiN, et de quelles esp`eces. - L’´evolution de la quantit´e d’esp`eces d´egaz´ees au cours du temps apr`es d´epˆot. La quantit´e d’esp`eces d´egaz´ees est ´etudi´ee par spectrom´etrie de mobilit´e ionique ou IMS (Ion Mobility Spectrometry) [69]. Cette technique permet de d´etecter les concentrations de certains ions en se basant sur leurs propri´et´es de migration en pr´esence d’un champ ´electrique homog`ene. Les mol´ecules sont donc ionis´ees puis mises en pr´esence d’un champ ´electrique, avant d’ˆetre collect´ees au niveau d’un analyseur comme illustr´e sur la figure 3.19. Cette technique permet donc de mesurer les quantit´es d’acides, d’ammoniaque et de compos´es organiques volatiles (ou COV) pr´esents dans le FOUP ainsi que dans l’atmosph`ere ambiante `a proximit´e de celui-ci. La mesure se fait directement au niveau du FOUP, et le d´epˆot m´etallique est effectu´e
sur les 25 plaquettes afin d’optimiser la d´etection des esp`eces d´egaz´ees. Afin de ne pas prendre en compte l’accumulation d’esp`eces d´egaz´ees dans le FOUP au cours du temps, un transfert de l’ensemble des plaques vers un contenant vide est effectu´e 1h avant chaque mesure.
Les r´esultats sont exprim´es en parties par milliard par volume ou ppbv (parts
per billion by volume). La conversion entre ppbv et µg/m3 se fait de la mani`ere
suivante :
µg/m3 = ppbv · M
RT (3.3)
o`u M repr´esente la masse molaire du compos´e ´etudi´e (17,03 g/mol pour N H3),
R la constante des gaz parfaits (0,082) et T la temp´erature en K.
Figure 3.19 – Principe de fonctionnement d’un spectrom`etre `a mobilit´e ionique.
Le tableau 3.6 repr´esente les ´el´ements d´etect´es pour une mesure effectu´ee 2h apr`es la fin du d´epˆot de TiN sur toutes les plaques. On constate qu’alors que la concentration en esp`eces acides et en COV est moins importante `a l’int´erieur du FOUP qu’en dehors, la quantit´e d’ammoniac est bien plus importante dans l’atmo- sph`ere du FOUP qu’`a l’ext´erieur, avec une valeur mesur´ee de 103 ppbv pr`es de 18 fois sup´erieure `a la mesure effectu´ee `a l’ambiance.
Somme acides NH3 Somme COV
FOUP Ambiance FOUP Ambiance FOUP Ambiance
1,70 3,05 103,64 5,88 478,00 673,71
TABLEAU 3.6 – R´ecapitulatif des concentrations (en ppbv) des ´el´ements d´etect´es dans le FOUP 2h apr`es le d´epˆot TiN.
On s’attache donc `a ´etudier l’´evolution de cette quantit´e de N H3 d´egaz´ee. La
et en-dehors en fonction du temps d’attente. Si la quantit´e de N H3 d´etect´ee est
tr`es importante dans les premi`eres heures suivant le d´epˆot, on observe une chute drastique de la concentration en ammoniac pour la mesure effectu´ee 20h apr`es le d´epˆot ainsi que pour les mesures suivantes, pour lesquelles on assiste `a une stabili- sation avec une chute de la concentration beaucoup moins marqu´ee (passage de 22 `a 14 ppbv de N H3 d´egaz´es en 25h). Il est `a noter que mˆeme plusieurs jours apr`es le
d´epˆot, les concentrations dans l’atmosph`ere du FOUP sont toujours au moins 2 fois sup´erieures `a celles d´etect´ees en dehors.
Figure3.20 – Evolution de la concentration en N H3 dans le FOUP en fonction du
temps d’attente post d´epˆot du TiN.
Bien que tr`es rarement trait´e dans la litt´erature pour des couches de TiN, le d´egazage de N H3 a ´et´e r´epertori´e pour d’autres couches de nitrures telles que le
Si3N4 [70], avec une augmentation du d´egazage en allant vers des temp´eratures de
traitement des surfaces ´elev´ees (au-del`a de 300˚C). Dans ces cas-l`a, la contamination en ammoniac entraine la formation de « pieds » au niveau des motifs de r´esine KrF apr`es l’´etape de lithographie, en raison de la neutralisation du PAG par le N H3 basique. Si cette contamination est pr´esente dans l’air ambiant, elle peut aussi
occasionner un profil en forme de « T » sur les motifs ou « T-Top » [71]. Le d´egazage d’ammoniac peut donc avoir une influence sur les polym`eres utilis´es tels que le dBARC ou la r´esine photosensible, et ainsi impacter l’adh´erence sur le TiN de ces revˆetements.