(57)【要約】【課題】マスクやウエハ等のワークピースを処理するためのプラズマリアクタにおいて、ガス分配リングにモジュール式に結合するように適合されている複数のガス注入ノズルを提供する。【解決手段】ガス注入ノズルは、第１の外径部分と先端を画定する第２の外径部分とを有する中空円筒本体と、本体を通って長手方向に形成され、第１の外径部分を通って、少なくとも部分的に第２の外径部分へ延びている第１の通路と、第１の通路と同軸に位置合せされ、第１の通路の端部から先端の端部まで長手方向に延びている第２の通路とを含み、第１の外径部分は第２の外径部分より大きい。【選択図】図３６Ａ
0003138693.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
プラズマリアクタにおいて、ガス分配リングにモジュール式に結合するように適合されたガス注入ノズルであって、
第１の外径部分と先端を画定する第２の外径部分とを有する中空円筒本体と、前記本体を通って長手方向に形成され、前記第１の外径部分を通って、少なくとも部分的に前記第２の外径部分へ延びている第１の通路と、前記第１の通路と同軸に位置合せされ、前記第１の通路の端部から前記先端の端部まで長手方向に延びている第２の通路とを含み、前記第１の外径部分が前記第２の外径部分より大きいガス注入ノズル。
【請求項２】
前記第２の外径に配置された側部通路が、前記第１の通路と連通している請求項１記載のノズル。
【請求項３】
前記第１の通路が、前記第２の通路の直径より４倍大きい直径を有している請求項１記載のノズル。
【請求項４】
前記中空円筒本体が放射面を含み、この放射面は前記第２の外径部分から前記第１の外径部分まで直交して延びている請求項１記載のノズル。
【請求項５】
前記放射面が、環形溝を含む請求項４記載のノズル。
【請求項６】
前記中空円筒本体が、セラミック材料でできている請求項１記載のノズル。
【請求項７】
プラズマリアクタにおいて、ガス分配リングにモジュール式に結合するように適合されたガス注入ノズルであって、
第１の外径部分と前記第１の外径直径部分より小さな第２の外径部分とを有する中空円筒本体と、前記第１の直径部分を通って配置され、前記第２の直径部分を通って配置された第２の通路へと９０度の界面で第２の通路へ移行している第１の通路と、前記第１の外径部分を前記第２の外径部分へ結合する放射面とを含み、前記第１の外径部分が、前記第２の外径部分より約５０％大きいガス注入ノズル。
【請求項８】
前記放射面が、前記第２の外径部分に直交して配置されている請求項７記載のノズル。
【請求項９】
前記放射面が、環形溝を含む請求項７記載のノズル。
【請求項１０】
前記環形溝が、１６μｍの平均表面粗さを有する請求項９記載のノズル。
【請求項１１】
前記中空円筒本体が、セラミック材料でできている請求項９記載のノズル。
【請求項１２】
前記第１の通路が、前記第２の通路の直径より約４倍大きな直径を有している請求項９記載のノズル。
【請求項１３】
前記第２の外径部分に配置された側部通路が、前記第１の通路と連通している請求項９記載のノズル。
【請求項１４】
プラズマリアクタにおいて、ガス分配リングにモジュール式に結合するように適合されたガス注入ノズルであって、
第１の外径部分と先端を画定する第２の外径部分とを有する中空円筒本体であって、前記第１の外径部分が前記第２の外径部分より大きい中空円筒本体と、前記本体を通って長手方向に形成され、前記第１の外径部分を通って、少なくとも部分的に前記第２の外径部分へ延びている第１の通路と、前記第１の通路と同軸に位置合せされ、９０度の界面で移行していて、前記第１の通路の端部から前記先端の端部まで長手方向に延びている第２の通路と、前記第１の通路と連通している前記第２の外径部分に配置された側部通路とを含み、前記第１の通路が前記第２の通路の直径より４倍大きい直径を有しているガス注入ノズル。
【請求項１５】
前記第１の外径部分及び前記第２の外径部分が、平均表面粗さ３２μｍの表面を含む請求項１４記載のノズル。
【請求項１６】
前記中空円筒本体が、前記第２の外径部分から前記第１の外径部分まで直交して延在する放射面を含む請求項１４記載のノズル。
【請求項１７】
前記放射面が、環形溝を含む請求項１６記載のノズル。
【請求項１８】
前記環形溝が、１６μｍの平均表面粗さを有する請求項１７記載のノズル。
【請求項１９】
前記中空円筒本体が、セラミック材料でできている請求項１４記載のノズル。
【請求項２０】
前記中空円筒本体が、酸化アルミニウム材料でできている請求項１４記載のノズル。
【考案の詳細な説明】
【考案の背景】
【０００１】
超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路のフォトリソグラフィーマスク製造には、半導体ウエハ処理よりも、さらに高度のエッチング均一性が必要とされる。単一マスクパターンは、通常、水晶マスク上に４インチ平方の面積を占めている。マスクパターンの画像は、ウエハ上の単一ダイ（１インチ平方）の面積まで集束されて、ウエハ全体にステップが形成されて、各ダイに単一画像が形成される。マスクパターンを水晶マスクへエッチングする前に、マスクパターンは、走査電子ビームにより書き込まれる。これは、時間のかかるプロセスで単一マスクのコストを非常に高いものにする。マスクエッチングプロセスは、マスク表面全体に均一でない。更に、ｅ−ビーム書込みフォトレジストパターン自身は均一でなく、ウエハで４５ｎｍフィーチャーサイズの場合には、全マスクにわたって限界寸法（例えば、線幅）において２〜３ｎｍもの変動を示す。（この変動は、例えば、測定された線幅全ての３σの相違である。）フォトレジスト限界寸法におけるかかる不均一性は、異なるマスク源又はカスタマーによって異なる。マスクエッチングプロセスでは、この変動を１ｎｍより増やすことはできないため、エッチングマスクパターンの変動は３〜４ｎｍを超えることはできない。これらの厳しい要件は、ウエハに鮮明な画像を得るために、水晶マスクパターンに回折効果を用いることにより生じている。現在の技術では、かかる要件を満たすことは困難である。２２ｎｍのウエハフィーチャーサイズを含むであろう将来の技術には、これではさらに困難である。この問題は、エッチングバイアスの現象により悪化し、マスクエッチング中のフォトレジストパターンの消耗によって、水晶マスク上のエッチングパターンにおける線幅（限界寸法）が減少する。これらの問題は、マスクエッチングプロセスに固有である。一般的なマスク材料（水晶、クロム、ケイ化モリブデン）のフォトレジストに対するエッチング選択性は、一般的に１未満で、マスクフォトレジストパターンが、マスクエッチングプロセス中にエッチングされるからである。
【０００２】
マスクパターンの中には、精密に定義された深さで、周期的な開口部を水晶マスクにエッチングすることが必要なものがある。これは、マスクを通したウエハの露光中に、干渉光ビームの非常に細かい位相位置合せを達成するのに重要である。例えば、位相シフトマスクの１つのタイプにおいて、各線は、クロム線により定義され、薄い水晶線がクロム線の各側で露出していて、片側の水晶線のみが、精密な深さまでエッチングされて、エッチングされていない水晶線を通過する光に対して、１８０度の位相シフトを与える。水晶におけるエッチング深さを精密に制御するために、エッチングプロセスは、水晶におけるエッチング深さを測定するために、周期的に中断して、綿密にモニターされなければならない。かかる各検査には、マスクをマスクエッチングリアクタチャンバから除去し、フォトレジストを除去し、エッチング深さを測定してから、残りのエッチングプロセス時間を推定して、経過したエッチングプロセス時間に基づいてターゲット深さに達し、新たなフォトレジストを堆積し、レジスト上のマスクパターンにｅ−ビーム書込みをし、マスクエッチングチャンバへマスクを再導入し、エッチングプロセスを再開する必要がある。所望の深さに達するための残りのエッチング時間の推定によって、エッチングレートが安定で均一なままと推測されるため、信頼性がない。かかる煩雑な手順の問題としては、生産性が低いこと、高コストであること、フォトレジストパターンの汚染又は欠陥の可能性が増大することが挙げられる。しかしながら、正確に制御されたエッチング深さについての要件のために、かかる問題を回避する方法はないと考えられる。
【０００３】
限界寸法変動における狭い許容度は、マスク表面全体へのエッチングレートの非常に均一な分布を必要とする。水晶材料に精密なエッチング深さを必要とするマスクにおいては、２つの限界寸法がある。１つは線幅であり、もう１つはエッチング深さである。限界寸法の両方のタイプに対する均一性には、マスク全体の均一なエッチングレート分布が必要とされる。エッチングレート分布における不均一性は、ウエハの上を覆う内側及び外側コイルアンテナからなる誘導電源印加装置等、プラズマイオン密度の動径分布を変えることのできる電源印加装置を用いることにより、ある程度減じることができる。しかしながら、かかるやり方は、中心が高い、又は中心が低いエッチングレート分布である対称の不均一性に対処できるだけである。実際、エッチングレート分布の不均一性は、例えば、マスクの１つの隅が高エッチングレートである等、非対称であり得る。より基本的な制限は、マスクエッチングプロセスは、エッチングレートの中心が非常低い分布を有する傾向があることである。内側及び外側コイルを有する誘導電力印加装置等の調整可能なフィーチャーは、中心が低い領域外にエッチングレート分布を変換することはできない。
【０００４】
不均一なエッチングレート分布による他の問題は、エッチングレート分布は、同じ設計の異なるリアクタで大きく異なる傾向があり、ガス分配ノズルの交換等、主要部分又は消耗コンポーネントを交換するときは常に同じリアクタ内で大きく異なる可能性があるということである。エッチングレート分布は、交換した部分のフィーチャーにおける小さな変動に非常に感度が高いらしく、消耗品の交換の際に予測できない変化が生じる。他に関連の課題としては、ガス分配ノズル等の主要部分の交換のし易さがある。
【考案の概要】
【０００５】
１つ以上のガス抽出ノズルを有するガス分配リングを有する真空チャンバを含む、マスクやウエハ等のワークピースを処理するプラズマリアクタが記載されている。
【０００６】
一実施形態において、プラズマリアクタにおいて、ガス分配リングにモジュール式に結合するよう適合されたガス注入ノズルが記載されている。ガス注入ノズルは、第１の外径部分と先端を画定する第２の外径部分とを有する中空円筒本体と、本体を通って長手方向に形成され、第１の外径部分を通って、少なくとも部分的に第２の外径部分へ延びている第１の通路と、第１の通路と同軸に位置合せされ、第１の通路の端部から先端の端部まで長手方向に延びている第２の通路とを含み、第１の外径部分が第２の外径部分より大きい。
【０００７】
他の実施形態において、プラズマリアクタにおいて、ガス分配リングにモジュール式に結合するよう適合されたガス注入ノズルが記載されている。ガス注入ノズルは、第１の外径部分と第１の外径直径部分より小さな第２の外径部分とを有する中空円筒本体と、第１の直径部分を通って配置され、第２の直径部分を通って配置された第２の通路へと９０度の界面で第２の通路へ移行している第１の通路と、第１の外径部分を第２の外径部分へ結合する放射面とを含み、第１の外径部分が、第２の外径部分より約５０％大きい。
【０００８】
他の実施形態において、プラズマリアクタにおいて、ガス分配リングにモジュール式に結合するよう適合されたガス注入ノズルが記載されている。ガス注入ノズルは、第１の外径部分と先端を画定する第２の外径部分とを有する中空円筒本体であって、第１の外径部分が第２の外径部分より大きい中空円筒本体と、本体を通って長手方向に形成され、第１の外径部分を通って、少なくとも部分的に第２の外径部分へ延びている第１の通路と、第１の通路と同軸に位置合せされ、９０度の界面で移行していて、第１の通路の端部から先端の端部まで長手方向に延びている第２の通路と、第１の通路と連通している第２の外径部分に配置された側部通路とを含み、第１の通路が第２の通路の直径より４倍大きい直径を有している。
【考案の詳細な説明】
【０００９】
ＲＦ均一性が向上したカソード
本考案者は、マスクエッチングプロセスにおいて不均一なエッチングレート分布の１つの原因は、マスクエッチングプロセスが実行されるプラズマリアクタにおいて、マスクを保持するサポート台座又はカソードにおけるＲＦ電気不均一性の存在であることを知見した。ＲＦバイアス電力は、台座に印加されて、マスク表面でプラズマイオンエネルギーを制御する。一方、ＲＦ電源は、オーバーヘッドコイルアンテナに印加されて、例えば、プラズマイオンを生成する。ＲＦバイアス電力は、イオンエネルギーに影響するマスク表面で電界を制御する。マスク表面のイオンエネルギーは、エッチングレートに影響するため、台座におけるＲＦ電気不均一性によって、マスク表面全体のエッチングレートの分布が不均一になる。台座におけるＲＦ不均一性にはいくつかの原因があることを知見した。１つは、アルミニウム台座（カソード）とアルミニウム設備プレートを併せて固定するチタンネジである。ネジは、台座表面全体（従って、マスク表面全体）に電界パターンのノードを作成する。電気的特性が、アルミニウムカソードとは異なるからである。もう１つは、カソードと設備プレートの間の導電性の不均一な分布である。設備プレートとカソードの間の電気伝導は、主に、プレートとカソードの周囲に限定される。真空圧により誘導されるプラズマ処理中のカソードの湾曲が、少なくとも一部のこの原因であり得る。この周囲の伝導は、チタンネジの一様でない締結及び／又はプレートか台座のいずれかの周囲の表面仕上げの変動等の数多くの因子のために不均一である可能性がある。台座全体のＲＦ電気均一性を向上するいくつかの特徴を導入することにより、これらの問題を解決した。まず、アルミニウムカソードにチタンネジがあることにより生じるＲＦ場の不均一性又は不連続性は、連続チタンガス注入リングを提供することにより対処される。このリングは、全てのチタンネジの頭部を含むカソードの上部表面周囲に延在している。チタンネジの表面差異又は不均一な締結による伝導性の変動は、高導電性ニッケルプレートを、設備プレートとカソードの対向する周囲表面に提供し、設備プレートとカソードの間に、それらの周囲で、それらの間で圧縮されるＲＦガスケットを導入することにより対処される。
【００１０】
図１を参照すると、マスクでパターンをエッチングするプラズマリアクタは、側壁１２と上を覆うシーリング１４に囲まれた真空チャンバ１０を含み、チャンバ圧を制御する真空ポンプ１５により排気されている。チャンバ１０内側のマスクサポート台座１６は、マスク１８をサポートする。本明細書に後述してある通り、マスクは、一般的に、水晶基板からなり、ケイ化クロムやモリブデン等の水晶基板の上表面に追加のマスク薄膜層を更に含めることができる。更に、パターン画定層が存在していて、これは、クロム層から形成されたフォトレジスト又はハードマスクであってもよい。他の種類のマスクでは、水晶基板には、フォトレジストパターン以外に上を覆う層はない。
【００１１】
プラズマ電源は、各ＲＦインピーダンス整合回路２８、３０を通して、各ＲＦ電源ジェネレータ２４、２６により駆動される内側及び外側コイルアンテナ２０、２２を上に置くことにより印加される。側壁１２は、接地に結合されたアルミニウム又はその他金属であってよいが、シーリング１４は、一般的に、絶縁材料で、コイルアンテナ２０、２２からチャンバ１０へＲＦ電力の誘導結合を可能とする。プロセスガスは、ガスパネル３６からガスマニホルド３４を通って、側壁１２の上部の均一間隔の注入ノズル３２から導入される。ガスパネル３６は、各バルブ又はマスフローコントローラ４０を通して、マニホルド３４に結合された出力バルブ又はマスフローコントローラ４２に結合された異なるガス供給部３８からなっていてよい。
【００１２】
マスクサポート台座１６は、金属（例えば、アルミニウム）設備プレート４６にサポートされた金属（例えば、アルミニウム）カソード４４からなっている。カソード４４は、内部冷却剤又は加熱流体流路（図示せず）を有し、これらは、設備プレート４６の供給及び排液ポート（図示せず）により供給及び排出される。ＲＦバイアス電力は、ＲＦインピーダンス整合回路５０を通して、ＲＦバイアスジェネレータ４８により設備プレートに印加される。ＲＦバイアス電力は、設備プレート４６とカソード４４の間の界面を超えて、カソード４４の上面に伝導される。カソード４４は、中央プラトー４４ａを有しており、その上に四角形水晶マスク又は基板１８がサポートされている。プラトーの寸法は、通常、マスク１８の寸法と合っているが、プラトー４４ａはやや小さく、マスク周囲の小さな部分又は縁１８ａが、プラトー４４ａを超えて短い距離延在するようにする。これについては後述する。
【００１３】
プラトー４４ａを囲む台座ガス注入リング５２は、ガス注入リング５２の約２／５を形成するカバーガス注入リング５２ａと、ガス注入リング５２の残りの３／５を形成する捕捉ガス注入リング５２ｂに分割される（図２Ｂ又は図７に示すウェッジ又はパイ断面で）。捕捉ガス注入リング５２ｂは、シェルフ５４を有しており、この上にマスク１８の縁１８ａが載る。３つのリフトピン５６（図１にはそのうち１つのみが目視される）が、捕捉ガス注入リング５２ｂをリフトし、マスク１８をサポート台座１６から除去したい時はいつでも、マスク１８を縁１８ａで持ち上げる。台座ガス注入リング５２は、バイアスジェネレータ４８の周波数で、水晶マスク１８とアルミニウムプラトー４４ａの組み合わせにより与えられるＲＦインピーダンスを整合するために選択される異なる電気特性の材料層５３、５５からなる。（カバーリング５２ａと捕捉リング５２ｂの両方とも異なる層５３、５５からなる。）更に、捕捉ガス注入リング５２の上面は、マスク１８の上面と同一平面にあり、マスク１８の端部を超えて広がる広い均一表面によって、プラズマ処理中、マスク１８表面全体にわたって均一な電界及びシース電圧が促進される。一般的に、下のガス注入リング層５５が水晶で、上のガス注入リング層５３がアルミナ等のセラミックの場合に、これらの条件は満たされる。プロセスコントローラ６０は、ガスパネル３６、ＲＦジェネレータ２４、２６、４８及びウエハ取扱い装置６１を制御する。ウエハ取扱い装置には、チャンバ１０の側壁１２にリフトピン５６に結合したリフトサーボ６２、ロボットブレードアーム６３、及びスリットバルブ６４を含めることができる。
【００１４】
一連の均一間隔のチタンネジ７０で、カソード４４と設備プレート４６をその周囲に沿って併せて固定する。アルミニウムカソード／設備プレート４４、４６とチタンネジ７０の間の電気的な相違のために、ネジ７０は、カソード４４の上面のＲＦ電場に別々の不均一性を与える。カソード４４と設備プレート４６の対向する表面における変動によって、カソード４４と設備プレート４６の間の導電性に、その周囲に沿って、不均一性が形成される。対応の不均一性がＲＦ電場に与えられる。カソード４４は、プラズマ処理中、その中心で持ち上がる傾向があるため（チャンバ真空のために）、カソード４４と設備プレート４６の間の主な電気的接触は、その周囲に沿っている。（ａ）様々なチタンネジ７０における締まりの変動及び（ｂ）表面特性における変動につながるカソード４４と設備プレート４６の間の電気伝導の感度を減じるために、ニッケル等の高伝導材料の環形薄膜７２を、カソード４４の下面４４ｂの周囲に堆積する。一方、ニッケル（例えば）の整合環形薄膜７４を、設備プレート４６の上面４６ａの周囲に堆積する。ニッケルフィルム７２、７２は相互に位置合せされており、２枚の環形ニッケル薄膜７２、７４は、台座４４と設備プレート４６の対向する接触表面を構成して、それらの間に電気伝導性が非常に均一に分布されるようにする。均一な電気伝導性における更なる改善は、カソード４４の下面の周囲に沿って環形溝７６を提供し、溝７６内に導電性ＲＦガスケット８０を配置することにより実現される。任意で、設備プレート４６の上面に、溝７６と位置合せされた同様の環形溝７８を提供してもよい。カソード４４及び設備プレート４６は一緒にプレスされて、ネジ７０が締結されるため、ＲＦガスケット８０は、圧縮された薄金属螺旋等、好適な従来の種類のものであってよい。チタンネジ７０の頭部で生じる傾向のある電場分布における点不均一性を減少又は排除するために、連続チタンガス注入リング８２を、カソード４４の上面の周囲の環形溝８４に配置する。
【００１５】
図２Ａに、マスクサポート台座１６及びその下にあるリフトアセンブリ９０を示す。リフトアセンブリ９０は、空気圧式アクチュエータ又はリフトサーボ９４により駆動されるリフトスパイダー９２と、リフトスパイダー９２に載った３つのリフトピン５６とを含む。リフトピン５６は、非常に滑らかで略摩擦のない動きのために（摩耗により生じる汚染を減じるために）、転がり軸受け９８を含むリフトふいご９６により導かれる。図２Ｂに、捕捉ガス注入リング５２ｂ及びマスク１８が上昇位置にあるカソード４４を示す。マスクを上昇すると、カバーリング５２ａと捕捉リング５２ｂの分離により形成されるボイドによって、ロボットブレードがマスク１８と接触できる。
【００１６】
マスク１８の表面全体にわたる非常に低い中心のエッチングレート分布という問題は、カソードプラトー４４ａの電気的特性（例えば、電気的誘電率）の分布を変えることにより解決される。これは、一実施形態において、プラトー４４ａの上面に、中心インサート１０２及び周囲の外側インサート１０４を提供することにより達成される。２つのインサートは、台座ガス注入リング５２と連続した平坦面を形成し、電気的に異なる材料でできている。例えば、エッチングレート分布が、中心で非常に低いという傾向を減じるために、中心インサート１０２は、導電性材料（例えば、アルミニウム）とし、外側インサート１０４は、絶縁材料（例えば、アルミナ等のセラミック）とする。中心インサート１０２をこのように導電性とすることによって、ＲＦ電流のためのインピーダンス経路が遥かに低くなり、マスク１８の中心でのイオンエネルギー及びエッチングレートを押し上げる。一方、絶縁外側インサート１０４は、高いインピーダンスを呈し、これによって、マスク１８周囲でエッチングレートが減少する。この組み合わせによって、エッチングレート分布が改善されて、より均一とさせる。この特徴があると、内側及び外側コイルアンテナ２０、２２に印加される相対ＲＦ電力レベルを調整することにより、エッチングレート分布の微調整を行うことができる。均一なエッチングレート分布を達成するのに必要なプラズマイオン密度の動径分布における変化が、非常に少ない量まで減じ、内側と外側コイル２０、２２の間のＲＦ電力配分の能力内にあり、均一なエッチングレート分布が達成される。図３は、内側インサート１０２と外側インサート１０４の平面図である。変形実施形態において、インサート１０２、１０４は、異なる誘電率（電気的誘電率）を有する絶縁体であってよい。図４及び５に、この概念による詳細を示す。徐々に異なる電気的特性の４つの同心リング１０２、１０４、１０６、１０８を用いて、エッチングレート分布をより均一にしている。図６及び７に、カソード４４のＲＦ電気的特性の分布のリアルタムでの調整を行う変形実施形態を示す。プランジャ１１０は、カソード４４の中心内部の中空シリンダ１１４内の可動アルミニウムプレート１１２の軸位置を調整する。アルミニウムプレート１１２は、アルミニウムプラトー４４ａの残部と電気的に接触する。絶縁体（例えば、セラミック）上フィルム１１６で、カソード４４の上部をカバーすることができる。アルミニウムプレート１１２を、シリンダ１４の上部近くに押すと、カソード４４の中心領域を通る電気的インピーダンスが減少して、マスク１８の中心でのエッチングレートが上昇する。逆に、アルミニウムプレート１１２を、マスク１８から離れるように、シリンダ１１４の下方に動かすと、マスク中心でのエッチングレートは減少する。プランジャ１１０の軸方向の動きを制御するアクチュエータ１１８は、プロセスコントローラ６０（図１）により管理されて、エッチングレート分布を調整して、均一性を最大化する、又は不均一性を補うことができる。
【００１７】
エッチングレートモニタリング及びマスク裏側からの終点検出
マスクのエッチング深さ又は限界寸法を測定するために、エッチングプロセスを周期的に中断するという高い製造コストを、カソード４４を通した、且つマスク又は基板１８の裏側を通した光学的センシングを用いることにより、減らす、又は排除する。かかる周期的測定を実施するには、フォトレジストに対するエッチング選択性が乏しいために、エッチングプロセスの中断が必要とされてきた。通常、マスク材料は、フォトレジストよりも遅くエッチングされる。この問題は、一般的に、フォトレジストの厚い層をマスクに堆積することにより対処されているが、レジストの高レートのエッチングは、フォトレジスト表面をランダムに不均一又は粗いものとさせる。この粗さは、フォトレジストを通過する光に影響して、限界寸法又はエッチング深さの光学測定にノイズを招く。従って、フォトレジストは、各周期測定のために一時的に取り除いて、確実にノイズフリーの光学測定をする。中断されたマスクエッチングプロセスを再スタートする前に、フォトレジストの再堆積及びフォトレジストへのレチクルパターンの再描画が必要となる。
【００１８】
図８に示すマスクエッチングプラズマリアクタは、これらの問題を排除して、全エッチングプロセス中、限界寸法の連続測定又はエッチング深さの測定を可能とする。一方、マスク又は基板１８は、カソード４４内に提供された裏側光学測定装置を用いて、マスクサポート台座１６の適所に配置されたままである。裏側測定装置は、一般的に水晶であるマスク基板１８の光学的に透明な性質を利用している。その上に堆積される薄膜（ケイ化クロム又はモリブデン等）は不透明であってよいが、マスク１８のレチクルパターンを画定するパターン化開口部の形成は、光学的にセンシングすることができる。かかる層により反射される、又はかかる層を通って伝わる光強度の変化は、カソード４４を通したマスク裏側で測定される。この測定を用いて、エッチングプロセス終点検出を実施してよい。水晶材料をエッチングする時は、カソード４４を通してマスク裏側で測定される光学干渉をセンシングして、エッチングプロセス中、リアルタイムでエッチング深さ測定を実施してよい。１つの利点は、マスク裏側からセンシングされた画像又は光信号が、フォトレジストノイズに影響されない、又は、かかる測定をマスク１８の上面（フォトレジスト側）から実施しようとするのに比べて、少なくとも影響が非常に少ないということである。
【００１９】
これらの目的のために、図８のリアクタは、カソード４４の上面内にリセス１２０を有しており、そこには、レンズ１２２が収容されていて、光軸がマスク又は基板１８の裏側に向いている。レンズ１２２に対して小さな直径を有する一対の光ファイバー１２４、１２６は、レンズ１２２近傍又はそれに接触する端部１２４ａ、１２６ａを有しており、両方共、レンズ１２２の光軸で互いに隣に並んでいる。図８に示した光ファイバー１２４、１２６は、夫々、実際には、光ファイバーの小束であってよい。光ファイバー１２４は、光源１２８に結合した他端１２４ｂを有している。光源は、マスク１８が透明である波長、一般的に、水晶マスクについては、可視波長の光を放出する。干渉深さ測定の場合には、光源１２８の波長スペクトルを選択して、マスク１８のレチクルパターンの局所コヒーレンスを促進する。約４５ｎｍのエッチングされたマスク構造における周期的フィーチャー（又は１ミクロン未満の周期フィーチャーサイズ）については、光源１２８が可視光スペクトルを放射する場合に、この要件が満たされる。光ファイバー１２６は、光受信器１３０に結合した他端１２６ｂを有する。単純な終点検出の場合には、光受信器１３０は単に光強度を検出すればよい。限界寸法（例えば、線幅）測定の場合には、光受信器１３０は、レンズ１２２の視野内のエッチングされた線の画像をセンシングしてよい。これから、線幅が求められる。エッチング深さ測定の場合には、光受信器１３０は、干渉パターン又は干渉フリンジを検出してよい。これから、エッチング深さが求められる（すなわち、干渉又は回折パターンから推論される、又は干渉フリンジの計数から計算される）。他の実施形態において、光受信器１３０は、多波長干渉測定を実施するためのスペクトロメータを含んでいてよい。これから、エッチング深さが推論又は計算される。かかる判定のために、プロセスコントローラ６０は、光受信器からの光学信号を処理可能な光学信号プロセッサ１３２を含む。かかる光学信号処理は、周囲光強度変化から各プロセス終点検出を実施する、光受信器１３０によりセンシングされた二次元画像から限界寸法を測定する、干渉フリンジの計数によりエッチング深さを計算する、多波長干渉スペクトルからエッチング深さを判定する（この場合は、光受信器１３０はスペクトロメータからなる）のうち１つを含む（特定の実施に応じて）。或いは、かかるスペクトロメータを用いて、ウエハ裏側から発光分析により、プラズマにより放出され、透明マスク１８を通して伝達された光を用いて、エッチングプロセス終点検出を実施してよい。この場合には、光源１２８は用いない。
【００２０】
プロセスコントローラ６０は、光学信号プロセッサ１３２からのプロセス終点検出情報（又はエッチング深さ測定情報）に反応して、ＲＦジェネレータ２４、２６、４８及びウエハ取扱い装置６１をはじめとするプラズマリアクタの様々な構成要素を制御する。一般的に、プロセスコントローラ６０は、エッチングプロセスを停止して、エッチングプロセス終点に達したら、マスク１８を台座１６から除去する。
【００２１】
図９は、クロムエッチングプロセス中、時間の関数として、マスクの上（フォトレジストコート）側からセンシングされた周囲反射光強度を示すグラフである（水晶マスク表面のクロム薄膜が、マスクレチクルパターンに従ってエッチングされる）。図９のグラフに示した強度の大きな振れは、フォトレジスト層の上面の粗さにより誘導されるノイズを表している。破線は、ノイズ内に隠れたステップ関数信号を表している。ステップ関数は、クロムエッチングプロセス終点と一致している。図１０は、図８のリアクタのカソード４４を通して、ウエハ裏側から行った同じ測定のグラフである。光受信器１３０が反射光レベルをセンシングしている。フォトレジスト誘導ノイズは大幅に減じ、終点定義ステップ関数が、光学データにおいて明らかに表れている。ステップ関数の端部は、エッチングプロセスがクロム薄膜の底部に達した際に、反射光強度が降下する遷移点を示している。この点で、クロムの反射表面積が急に減少する。
【００２２】
図１１及び１２は、経時での（又は、同じく、間隔をあけた）光強度のグラフであり、図１２においては、光受信器１３０によりセンシングされている。光強度の周期ピークは、干渉フリンジに対応しており、その間隔が、エッチング深さ、又は、透明水晶マスク基板１８でエッチングされた近接した間隔の周期的なフィーチャーの異なる表面間の厚さの差を決める。図１１は、干渉フリンジ検出を損なう激しいフォトレジスト誘導ノイズコンポーネントのある、マスクの上側からフォトレジストを通してセンシングされた強度を示す。図１２は、図８の光学受信器１３０によりマスク裏側を通してセンシングされた強度を示す。フォトレジスト誘導ノイズは殆んどない。
【００２３】
図１３は、光受信器１３０がスペクトロメータからなり、光源１２８が波長のスペクトルを生成する場合の、波長の関数としての光強度を表すグラフである。図１３のグラフの強度スペクトルの挙動は、透明マスク１８で周期的に間隔のあいたサブミクロンフィーチャーにおいて異なる深さの表面から反射した光間に、干渉の影響が生じている場合に特有である。低波長では、ピークはかなり周期的で、均一な間隔である。顕著な光学的影響は干渉である。高波長では、マスク１８の周期的フィーチャー間の局所コヒーレンスは強くなく、回折の影響が、波長の増加により益々大きくなる。これによって、高波長での強度挙動が、図１３に示す通り、あまり均一な間隔でなく、より複雑になる。図１３のピークの間隔は、特に低波長では、エッチング深さの関数であり、ピーク間の間隔から推察される。
【００２４】
図１４は、図８のリアクタの実施形態を示す。光受信器１３０は、周囲光強度検出器であり、光学信号プロセッサ１３２はプログラムされて、図１０の終点検出グラフに対応する、全体の反射光強度における大きな湾曲（ステップ関数）を探す。本実施形態の光源１２８は、任意の好適な光源とすることができる。或いは、光源１２８は省くことができ、光センサ１３０が、透明マスク又は基板１８を通して伝達されるプラズマからの光に単純に応答するようにする。
【００２５】
図１５は、光受信器１３０が、干渉フリンジを決定するために、レンズ１２２により十分に集光された干渉フリンジ検出器であり、光学信号プロセッサ１３２は、干渉フリンジを計数するようプログラムされていて（例えば、図１２に示すタイプの強度対時間データから）、透明水晶マスク１８におけるエッチング深さが計算される。この計算によって、殆んど瞬間的なエッチング深さが得られる。これを、ロジック２００により、メモリ２０２にストアされたユーザー定義のターゲット深さと比較する。ロジック２００は、従来の数値整合又は最小ルーチンを用いて、ストアされた値と測定された深さ値の間の整合性を検出する。整合によって、ロジック２００が、プロセスコントローラ６０にエッチング終点のフラグをたてる。
【００２６】
図１６は、透明水晶マスク又は基板１８におけるエッチング深さを測定又は求めるために、図１３の干渉分光技術を用いた図８のリアクタの実施形態を示す。この場合、光源１２８は、可視範囲の多波長又はスペクトルを放出する（約数百ナノメートル以下の周期マスクフィーチャーサイズについて）。光受信器１３０はスペクトロメータである。信号調節器とアナログ−デジタルコンバータ２２０が、スペクトロメータ１３０により集められたスペクトル情報（図１３のグラフに対応する）を、光学信号プロセッサ１３２が処理可能なデジタルデータに変換する。終点検出を実施することのできる１つのモードは、上述した通り、図１３に示したデータの低波長範囲において周期ピーク間の間隔からエッチング深さを計算することである。比較ロジック２００は、瞬間的に測定したエッチング深さを、メモリ２０２にストアされたユーザー定義のターゲット深さと比較して、エッチングプロセス終点に達しているかどうか判断することができる。他のモードにおいて、比較ロジック２００は、スペクトロメータ１３０の瞬間的な出力を表すデジタル的に表された波長スペクトル（図１３のグラフに対応する）を、所望のエッチング深さに対応する既知のスペクトルと比較するのに十分に強固なものである。この既知のスペクトルは、メモリ２０２にストアされていてもよい。比較ロジック２００により検出された、測定されたスペクトルと、ストアされたスペクトル間の整合、又は近似の整合により、エッチングプロセス終点フラグがプロセスコントローラ６０に送信される。
【００２７】
図１７は、図８のリアクタの実施形態を示し、光学受信器１３０が、チャンバ内のプラズマにより放出された光学放射線から放出線を区別することのできる発光スペクトロメータであり、発光分析（ＯＥＳ）が実施される。プロセッサ１３２は、エッチングされている層の材料を示す化学種に対応する選択した光学線の強度を追跡する（又は消失を検出する）ようプログラムされたＯＥＳプロセッサである。所定の遷移（例えば、クロムエッチングプロセス中のＯＥＳスペクトルにおけるクロム波長線の消失）の際、プロセッサ１３２は、エッチングプロセス終点検出フラグをプロセスコントローラ６０に送信する。
【００２８】
図１８は、カソード４４の表面に各間隔のあいたリセス２３１、２３３に一対のレンズ２３０、２３２を有するようにして構築した実施形態を示す。レンズ２３０、２３２は集光されて干渉フリンジを決定し、集光された光は、各レンズ２３０、２３２に対向又は接触する各光ファイバー２３４、２３６により伝えられる。光ファイバー２３４、２３６は、干渉検出器２３８（フリンジ検出器又はスペクトロメータのいずれかであってよい）に結合されている。検出器２３８は、プロセスコントローラ６０に結合された出力を有している。レンズ２３０、２３２は、光ファイバー２４２、２４４を通して、光源２４０から光を受ける。この光は、マスク１８の上面からレンズ２３０、２３２へ反射して戻り、光ファイバー２３４、２３６により検出器２３８に伝えられる。更に、図１８の実施形態は、光ファイバー２５２を通して、ＯＥＳスペクトロメータ２５４の入力に結合された第３のレンズ２５０を収容する第３のリセス２４９をカソード表面に有している。ＯＥＳプロセッサ２５６は、ＯＥＳスペクトロメータ２５４の出力を処理して、終点検出を実施し、プロセスコントローラ６０に結果を伝達する。図１８の実施形態のカソード４４を図１９に示す。各レンズ２３０、２３２、２５０を収容する３つのリセス２３１、２３３、２４９が示されている。図２０に、レンズ２３０、２３２、２５０をサポートする設備プレート４６光学装置（図示せず）内に収容するための対応の穴２６０、２６１、２６２を示す。図２１は、光ファイバーを台座１６内側のレンズに結合するのを示す断面図である。
【００２９】
図１６、１７及び１８のリアクタは、スペクトロメータ１３０（図１６及び１７）及び２５４（図１８）を用いるとして説明してきたが、スペクトロメータ１３０又は２５４は、所定の波長まで調整された１本以上の光波長フィルタに代えてもよい。かかる光波長フィルタを夫々、光電子増倍管と組み合わせて、信号振幅を向上してもよい。
【００３０】
裏側終点検出マスクエッチングプロセス
図２２Ａ及び２２Ｂは、マスクの水晶材料においてレチクルパターンをエッチングするプロセスを示す。図２２Ａでは、水晶マスク基板２１０が、間隔のあいた線２１４の周期構造とフォトレジスト層２１２に画定された開口部２１６とを有するフォトレジスト層２１２でカバーされている。図１５又は１６のリアクタにおいて、ＣＨＦ３＋ＣＦ４＋Ａｒの水晶エッチングプロセスガスがチャンバ１０に導入され、電力は、ＲＦジェネレータ２４、２６及び４８により印加され、水晶材料は、フォトレジスト層２１２に形成された開口部２１６内でエッチングされる。水晶のエッチング深さは、水晶基板２１０のエッチングされた上表面から反射した光２１８と、エッチングされていない上表面から反射した光２１９の間の干渉により連続的に測定される。エッチングプロセスは、所望のエッチング深さに達すると直ぐに停止される（図２２Ａ）。次に、フォトレジストを除去して、所望のマスクを作成する（図２２Ｂ）。
【００３１】
図２３Ａ〜２３Ｅは、下にある水晶マスク基板２１０、ケイ化モリブデン層２６０、（オキシ窒化ケイ素モリブデンを含有）、クロム層２６２、酸化クロム反射防止コーティング２６４及び開口部２６８が形成されたフォトレジスト層２６６からなる３層マスク構造をエッチングするプロセスを示す（図２３Ａ）。図２３Ｂのステップにおいて、クロム層２６２及び反射防止コーティング２６４は、単純な反射率終点検出（図１４のチャンバ）又はＯＥＳ終点検出（図１７のチャンバ）を有するプラズマリアクタチャンバで、Ｃｌ２＋Ｏ２＋ＣＦ４等のクロムエッチングプロセスを用いてエッチングされる。フォトレジスト層２６６を除去する（図２３Ｃ）。ケイ化モリブデン層２６０を、ＣＦ６＋Ｃｌ２等のケイ化モリブデンのエッチング液であるプロセスガスを用い、ハードマスクとしてクロム層２６２を用いて、図２３Ｄに示すようにエッチングする。このステップを、図１４又は図１７のチャンバ等、単純な周囲反射率により、又はＯＥＳ終点検出により、終点検出器を有するプラズマリアクタで実施する。図２３Ｅにおいて、クロム層２６２及び酸化クロム反射防止コーティング２６４は、ＣＨ３＋ＣＦ４＋Ａｒ等のクロムエッチングプロセスを用いて除去される。このステップは、エッチング深さ測定なしで、単純な終点検出器を有する図１４又は１７のリアクタを用いて実施することができる。これによって、レチクルパターンを画定するケイ化モリブデンの上を覆う層を備えた水晶マスク基板が残る。
【００３２】
図２４Ａ〜２４Ｅは、露出した水晶の透明水晶マスク側面周期間隔に周期クロム線からなるバイナリマスクを製造するプロセスを示す。露出した水晶間隔が交互に、透過光が所望の角度（例えば、１８０度）により位相シフトされる深さまでエッチングされる。図２４Ａは、水晶マスク基板３００、クロム層３０２、酸化クロム反射防止コーティング３０４及びフォトレジスト層３０６からなる初期構造を示す。図２４Ｂのステップにおいて、クロム及び酸化クロム層３０２、３０４は、図１４又は１７のチャンバのようなリアクタチャンバにおいて、Ｃｌ２＋Ｏ２＋ＣＦ４のプロセスガス中でエッチングされる。図２４Ｃのステップにおいて、フォトレジスト層３０６は除去され、その後、水晶マスク基板３００の露出部分が、図２４Ｄに示す通り、ＣＨＦ３＋ＣＦ４＋Ａｒの水晶エッチングプロセスガスにおいてエッチングされる。図２４Ｄの水晶エッチングステップは、図１５又は１６のチャンバのような、水晶マスク基板３００のエッチング深さをセンシング又はモニタリングすることのできるリアクタチャンバにおいて実施される。エッチングプロセス中、瞬間のエッチング深さが連続的にモニターされ、マスク３００でターゲットエッチング深さに達すると直ぐにエッチングプロセスが停止される。最終結果を図２４Ｅに示す。
【００３３】
マスク表面全体のエッチングレート分布の連続モニタリング
図２５及び２６は、図１のウエハサポート台座１６の実施形態を示す。カソード４４の上面に、裏側エッチング深さセンシング要素（レンズ及び光ファイバー）のマトリックスを備えている。エッチングプロセスを中断したり、その他マスク基板を妨げることなく、エッチングプロセス中、マスク又は基板の全表面にわたって、エッチングレート分布又はエッチング深さ分布の瞬時の画像又はサンプルが連続的に提供される。アルミニウムプラトー４４ａは、その上面に開口部３２０のマトリックスを有しており、各開口部は、マスク基板３００の裏側に向いているレンズ３２２を保持している。光源３２４は、各レンズ３２２に結合した出力光ファイバー３２６を通して光を提供する。レンズ３２２は、干渉フリンジを決定する十分な集光を提供する。フリンジ計数を促進するセンサか、スペクトロメータのいずれかであってよい干渉検出器３２８は、各レンズ２３２に結合した入力光ファイバー３３０に結合している。スイッチ又はマルチプレクサ３３２は、各入力光ファイバー３３０から連続的に検出器３２８へ光を入れる。図２５及び２６の装置が動作する３つのモードがある。第１のモードでは、レンズ３２２のうちの１つの視界におけるエッチング深さを、干渉フリンジ間の間隔から計算する。第２のモードでは、検出器３２８はスペクトロメータであり、レンズ３２２のうちの１つの視界におけるエッチング深さは、多波長干渉スペクトル（図１３に対応）の低波長ピーク間隔から計算される。第３のモードでは、多波長干渉スペクトルを、瞬間で検出し、対応のエッチング深さが既知のスペクトルのライブラリ３４０と比較する。エッチングレート分布は、エッチング深さ及び経過時間から計算される。この分布が、プロセスのエッチング不均一性を記録し、プロセスコントローラ１３２に提供される。コントローラ１３２は、リアクタの調整可能な特徴を調整することにより応答して、エッチングレート分布における不均一性を減少することができる。
【００３４】
図２５及び２６の実施形態は、プラトー４４ａの上面においてエッチング深さセンサ又はレンズ３２２の３×３のマトリックスを有するものとして示されているが、かかるセンサの任意の数の行と列を用いて、マトリックスをｎ×ｍマトリックスとしてよい。ここで、ｍ及びｎは好適な整数である。
【００３５】
一実施形態において、プロセスコントローラ１３２をプログラミングして、エッチングレート分布が中心が高いか、中心が低いか推定してよい（スペクトロメータ又はセンサ１３０により提供されるエッチングレート分布情報から）。プロセスコントローラ６０は、リアクタの特定の調整可能な特徴を調整することによってこの情報に応答して、不均一性を減少することができる。例えば、プロセスコントローラ６０は、内側と外側コイル２０、２２の間のＲＦ電力配分を変えてもよい。或いは、又は、これに加えて、プロセスコントローラ６０は、図６及び７のリアクタにおいて、可動アルミニウムプレート１１２の高さを変えてもよい。プラトー４４ａのエッチング深さセンシング要素のアレイ又はマトリックスからのフィードバックによって、プロセスコントローラ６０は、リアクタ調整可能要素の連続的な試行錯誤によりエッチングレート分布の均一性を改善することができる。
【００３６】
リアルタイム設定可能なプロセスガス分配
図２７及び２８は、別個に制御可能なガス注入オリフィス又はノズル３２のアレイを有する図１のプラズマリアクタの実施形態を示す。異なるノズル３２を別個に制御することによって、チャンバ１０内のガス分布を変更して、ワークピース又はマスク１８全体のエッチングレートの不均一な分布を補正することができる。図示した実施形態において、ガス注入ノズル３２のアレイは、シーリング１４近傍の側壁１２に位置している。このため、リアクタは、側壁１２の上部と、シーリング１４を構成する底面を有する除去可能な蓋３４２の間に保持された上部ガス注入リング３３８を含む。上部ガス注入リング３３８の底面にある外側ショルダ３４４は、側壁１２の上部に配置されている。ガス注入リングの上面にある内部ショルダ３４６は、蓋３４２の端部を受ける。外部ショルダ３４８は、ガス注入リング３３８の内部ショルダ３４６に配置された蓋３４２の底面に提供されている。ガス注入オリフィス又はノズル３２は、ガス注入リング３３８の垂直内部表面３４９に形成されていて、ガス注入リング３３８の内径と定義される。各注入ノズル３２へのガスフローは、別個のバルブ３５０により個々に制御される。各ノズル３２について１つのバルブ３５０がある。ガスパネル３６から供給されたプロセスガスは、ガス供給ライン３５２を通って流れる。これは、ガス注入リング３３８に形成された入力ポート３５４に結合している。ガス注入リング３３８に形成されたガス供給出口３５６は、入力ポート３５４で受けたプロセスガスを出力する。一連の切断可能なガスフローライン３５８は、ガス注入リング３３８周囲の外側に、連続した接続を形成する。これが、各ガス供給出口又はポート３５６から対応の組のバルブ３５０までプロセスガスを伝達する。
【００３７】
好ましい実施形態において、各バルブ３５０は、空気圧で制御され、入力通流ポート３５０ａと、出力通流ポート３５０ｂと、制御されたガス出口ポート３５０ｃと、空気圧制御入力ポート３５０ｄとを有する。出力ポート３５０ｃは、制御されたプロセスガスフローを、対応の１本のノズル３２へ提供する。プロセスガスは、入力通流ポート３５０ａから出力通流ポート３５０ｂまで自由に流れる。制御入力ポート３５０ｄでの圧縮空気圧は、通流ポート３５０ａ、３５０ｂを通過するプロセスガスが、ガス出口ポート３５０ｃに向きを変えたかどうか判断する。かかる空気圧制御バルブは周知であるため、その内部構造をここに開示する必要はない。ガスフローライン３５８−１及び３５８−２は、ガス供給出口３５６−１、３５６−２からバルブ３５０−１、３５０−２の入力通流ポート３５０ａまで接続されている。残りのガスフローライン３５８は夫々、１つのバルブ３５０の出力通流ポート３５０ａから、連続バルブ３５０の入力通流ポート３５０ｂまで接続されている。このように、図２８の図の左側の一連のバルブ３５０を通るガスフローは、反時計回りであり、一方、図２８の図の右側の一連のバルブ３５０を通るガスフローは、時計回りである。
【００３８】
各出力ポート３５６から、それに接続された一連のバルブ３５０までのガスフローは、一連の介在バルブ３５０によりブロックされない。各バルブ３５０は、他のバルブ３５０をオンオフせずに「オン」して、対応のガス注入オリフィス３２にガスフローを提供することができ、「オフ」すると、その注入オリフィスへのガスフローを終了することができる。バルブ構造プロセッサ３６０は、バルブ３５０の全てを制御し、バルブ３５０の任意の組み合わせを、バルブ制御リンク３６２を介してオンオフすることができる。上述した通り、好ましい実施形態において、バルブ３５０は空気圧バルブであり、制御リンク３６２は空気圧（エア）管であり、コイルアンテナ２０、２２近くの導電体の存在が排除される。図２８の実施形態において、コンプレッサ３６４は、ソレノイドの（即ち、電気的に制御された）バルブ３６５のアレイに加圧下で空気を与え、各空気圧バルブ３５０の空気圧制御入力３５０ａへの加圧空気の適用を制御する。バルブ構造プロセッサ３６０は、コイルアンテナ２０、２２から離れた電気的リンクを通して、ソレノイドバルブ３６５を制御する。
【００３９】
図２９は、バルブ３５０が、空気圧制御でなく、夫々電気的に制御された図２８の実施形態の変形を示す。図２９において、制御リンク３６２は夫々、コントローラ３６０から対応の１つのバルブ３５０へ直接延びる電気ラインであり、エアコンプレッサ３６４及び圧縮空気ソレノイドバルブ３６５のアレイは排除されている。
【００４０】
図２７及び２８を再び参照すると、各オリフィス３２は、ガス注入リング３３８を通して、放射状円筒路３６６から形成されている。中空円筒スリーブ３６８は、通路３６６内に収容されており、スリーブ３６８の先端３６８ａがガス注入オリフィスを形成する。各スリーブ３６８は、セラミック材料で形成され、除去可能なものとしてよい。ガス注入オリフィス又はノズル３２の詳細については、図３６Ａ及び３６Ｂに説明してある。各バルブ３５０の制御されたガス出口ポート３５０ｃは、短ガス供給ライン３７０から、対応の放射状通路３６６の外側端部まで接続されている。全体のガス分配アセンブリは、モジュール式で、外側ガス供給ライン３５８及び短ガス供給ライン３７０の夫々により接続（分離）により即時に分解される。スリーブ３６８は、穴３６６からは別々に除去可能である。このようにして、ガス注入リング３３８のガス分配コンポーネント及びアセンブリサポートは、例えば、ガス注入リング３３８等のリアクタのより高価なコンポーネントを除去したり、交換することを必要とせずに、別個に容易に交換される。
【００４１】
図３０Ａ〜３０Ｄは、異なるバルブ構成について、図２７及び２８のリアクタで実施されるエッチングプロセスの一定期間で得られるマスク１８全体のエッチング深さ分布のグラフである。図３０Ａのエッチング分布は、バルブ３５０全てを開けた時に得られたものであり、通常、中心が低いエッチング分布である。マスク表面全体は０．５１％の高不均一性又は変動である。図３０Ｂの分布は、一対の近接バルブ３５０ａ、３５０ｂを閉じ、残りのバルブ３５０を開けて得られたものであり、略均一な分布で、僅か０．３８％の不均一性又は変動である。図３０Ｃは、全てのバルブ３５０を開けた状態でバルブ構成を戻すことにより得られたものであった。図３０Ｃの分布は、より中心が低い。図３０Ｄの分布は、異なる対の近接バルブ３５０ｃ、３５０ｄを閉じることにより得られた。結果の分布はより均一で、中心があまり低くなく、変動は僅か０．４０％であった。
【００４２】
図３１は、ガス注入ノズル３２が、ガス注入リング３３８にジグザグ又は「Ｗ」パターンで配置された変形実施形態を示す。各ノズルは、前の実施形態と同様に独立して制御される。注入パターンは、ノズルの上列３２ａのみ、又は下列３２ｂのみを動作することにより、シーリングに対して動かしてもよい。ノズル間の距離は、選択したノズル３２（例えば、３つ目のノズル毎、又は４つ目のノズル毎）のみを動作することにより変更してよい。図３２は、ガス注入リング３３８の一部の断面図であり、異なる方向にスプレーするようにするにはどのようにノズル３２を配列したらよいかが示されている。ガス分布の大きな変化は、例えば、特定の方向に配向されたノズル３２のみをオンにするバルブ構造コントローラ３６０により得られる。例えば、図３２の図で右に向かって角度の付いたノズル３２ｃを全て、他のものは除いて、同時にオンにしてもよい。例えば、左に向かって角度の付いたノズル３２ｄを全てオンにし、一方、右に角度の付いたノズル３２ｃ全てを含めてその他全てをオフにすることにより、大きな変化又は修正が得られる。
【００４３】
裏側エッチング深さ測定センサのアレイからのフィードバックによる調整可能なリアクタ要素の制御
図３３及び３４を参照すると、図２５及び２６の裏側エッチング深さセンサの二次元アレイの出力を用いて、マスクエッチングプラズマリアクタの調整可能な要素のフィードバック制御が行われる。調整可能な１つ又は複数の要素は、図２７及び２８の別個に制御されたガス注入ノズル３２のアレイを含んでいてよい。或いは、又はこれに加えて、かかるフィードバックループで制御される調整可能な要素は、内側と外側コイル２０、２２の間にＲＦ電力配分、又は図６及び７のリアクタにおける高さの可動アルミニウムプレート１１２を含んでいてよい。
【００４４】
図２５及び２６のエッチング深さセンシング要素１３０のアレイ又はマトリックスからのフィードバックによって、リアクタ調整可能要素の連続的な試行錯誤調整により、プロセスコントローラ６０は、エッチングレート分布の均一性を改善することができる。図３３において、フィードバックループは、図２５及び２６の裏側エッチング深さセンサ１３０のアレイ４００で始まる。プロセスコントローラ６０は、マスク１８全体の瞬間エッチング深さ測定の画像を用いるようにプログラムされていて、マスク１８のエッチングレートにおける不均一性の位置及び規模を推定し、かかる不均一性を減少又は排除するリアクタの特定の調整可能要素における最も起こりそうな変化を推定する。この情報は、プロセッサ６０により、リアクタの調整可能な要素のうち１つ、幾つか又は全てに送信されるべき１つのコマンド（又は複数のコマンド）へと変換される。このように、図３３は、プロセッサコントローラ６０から、リアクタに存在するいずれか１つ又はその全ての調整可能な要素までの出力信号路を示す。それら要素とは、内側及び外側アンテナＲＦ電力ジェネレータ２４、２６（内側及び外側ＲＦ出力配分用）、可動アルミニウムプレート１１２用アクチュエータ１１０、調整可能なノズル３２のアレイのノズルアレイコントローラ３６０である。
【００４５】
フィードバックループは、全体のマスクエッチングプロセス中、連続的に操作されて、マスク１８全体のエッチングレート分布の「画像」からプロセッサ６０が読取った不均一性を減少することにより、マスク１８全体のエッチングレート分布均一性を改善する。フィードバックは、試行錯誤修正を実施するのに、プロセッサ６０のソフトウェアにより管理することができる。或いは、プロセッサ６０のソフトウェアは、市販のニューラル訓練及びフィードバック学習技術を組み込むことができ、これによって、プロセッサ６０は、より知的な応答をして、エッチングレート分布における不均一性を読取ることができる。かかるソフトウェア技術は、本考案の一部を形成するものではない。
【００４６】
一実施形態において、調整可能な１つの要素（又は複数の要素）に対するフィードバックコマンドが生成されて、エッチング深さセンサのアレイの中での変動を減じる。他の実施形態において、フィードバックを選択して、特定の不均一性に対処してよい。例えば、センサ１３０のアレイによりセンシングされたエッチングレート分布は、マスク１８の四分円又は隅部で非常に高く、この場合、バルブ構造プロセッサはコマンドを出して、その四分円のガスフローを制限された（試行）量に減じる。この手段が、裏側センサ１３０のアレイから得られるエッチングレート分布の後の画像によって、限られた成果しか得られない場合には、ガスフロー分布におけるこの調整を増大してもよい。この調整と修正のサイクルは、エッチングレート分布均一性において更なる改善がなくなるまで続けてよい。
【００４７】
他の不均一性は、最初の１つを修正した後に、同様の基準で対処してよい。例えば、異なる位置のエッチングレートは非常に高いとする。この場合、裏側センサ１３０のアレイからのエッチングレート分布「画像」の数多くのサンプルについて、この不均一性がある程度減少する結果となる限りは、その位置へのガスフローを減らす。
【００４８】
対称のエッチングレート不均一性（例えば、中心で高い、又は中心で低い分布）の場合には、アルミニウムプレート１１２の高さ又は内側と外側コイル２０、２２の間のＲＦ電力配分等対称の調整可能な要素がプロセッサ６０により用いられて、フィードバック制御ループを用いて不均一性を減少してよい。例えば、中心で低いエッチングレート分布は、プロセッサ６０による不均一性があまり付与されず、アルミニウムプレート１１２を上げるか、内側コイル２０に対するＲＦ電力の配分を増大する（外側コイル２２に対して）のいずれか（又は両方）により、マスク１８の中心におけるエッチングレートが増大する。フィードバックループにおいて、この変化は、最初は小さく、裏側センサ１３０のアレイからのエッチング分布画像が均一性を改善するにつれて、アルミニウムプレートの位置及び／又は内側コイル２０への電力の配分が更に増える。更なる改善が観察されなくなるまで、このサイクルを続けてよい。前述した技術は全て、プロセスコントローラ６０により実行されるソフトウェアに組み込んでよい。
【００４９】
図３５は、図３３及び３４の実施形態において、プロセスコントローラ６０により実施されるフィードバックサイクルの１つの可能な例を示す。先ず、プロセッサ６０は、裏側センサ１３０のアレイからマスク表面全体のエッチングレートの少なくとも二次元の画像を得る（図３５のブロック３８０）。この画像から、プロセッサ６０は、エッチングレート分布の不均一なパターンを推定し（ブロック３８２）、不均一性を減少するオプションのリストからリアクタの調整可能な要素の１つに調整を選択する（ブロック３８４）。この調整を行った後（ブロック３８６）、プロセッサ６０は、最新のエッチングレート分布画像を得て（ブロック３８８）、調整前に取った前の画像とそれを比較する。改善（不均一性の減少）がある場合、プロセッサ６０は、同じサイクルを繰り返し、その結果、同じように順調な調整が恐らく更に増大する。改善がない場合には、（ブロック３９０のＮＯ）、選択した調整をオプションのリストから外し（ブロック３９２）、ブロック３８４のステップに戻って、異なる調整を選択する。
【００５０】
図３６Ａは、図２７及び２８のガス注入リング３３８の放射状円筒通路３６６に挿入されるガス注入オリフィス又はノズル３２の一実施形態の側断面図である。上述した通り、ノズル３２は、放射状円筒通路３６６から容易に除去できるように構成して、交換し易くする。ノズル３２は、中空円筒スリーブ又は中空本体３６８を含み、これは、金属又はセラミック等のプロセスと適合した材料で作成してよい。一実施形態において、中空本体３６８は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）材料等のアルミニウム又はセラミック材料で作成する。中空本体３６８は、第１の外径３６２０と、先端３６８ａを形成するこれより小さな第２の外径３６１５とを有する。一実施形態において、第１の外径３６２０は、第２の外径３６１５より約５０％大きい。
【００５１】
他のノズルにより示される１つの課題は、交換中のノズルの取り外し又は取り付けに関係している。というのは、前のノズルは、表面、スレッド又はその他連結機構を含んでいて、ノズルを通路３６６に貼り付けたり留める傾向があるためである。更に、これらの従来のノズルは回転、ターン、引く又はその他通路から分離させなければならないため、ガス注入リング３３８（図２７）をチャンバから取り外す必要がある。これによって、長いダウンタイムが生じ、処理量に悪影響を及ぼす。ノズル３２は、表面を減少し、且つ／又は貼り付いたり留める傾向のある連結接続を最小にすることによって、簡単に交換できるようにしている。このように、ノズル３２の交換には、以前あったようなチャンバの大規模な分解は必要なく、ツールのダウンタイムが最小になる。
【００５２】
中空本体３６８は、また、これを通って形成された長手方向路も含み、これは第１の通路３６０５と第２の通路３６１０とを含む。一実施形態において、中空本体３６８は、第１の外径３６２０部分で始まる第１の通路３６０５を含み、第１の通路３６０５は、先端３６８ａの第２の外径３６１５部分を通して少なくとも部分的に延びている。第１の通路３６０５は、第１の直径を有し、第２の通路３６１０は、第１の直径より小さな第２の直径を有する。第１の通路は、約９０度の界面で第２の直径に急に移行している。一実施形態において、第２の通路３６１０は、第１の通路３６０５の直径より約４分の１の小さな直径を有する。第２の外径３６１５はまた、第１の通路３６０５へ開口した側部通路３６１８も含む。側部通路３６１８は、第２の通路３６１０の直径に実質的に等しく、第２の外径３６１５又は第１の通路３６０５に法線に一般的に配置された直径を有していてもよい。
【００５３】
図３６Ｂは、図３６Ａに示す本体３６８の一部の分解側面図である。第１の外径３６２０部分と第２の外径３６１５部分の間の界面が、放射面３６２５により結合している。この面は、第２の外径３６１５部分から第１の外径３６２０部分まで直交して延びている。一実施形態において、放射面３６２５は、第１の外径３６２０へ移行するチャンバ、斜面又は半径であってよいリリーフ３６３０を有する。面３６２５は、その中に形成された環形溝３６３５を含む。これは、ｏ−ガス注入リング（図示せず）を受けるｏ−ガス注入リング溝として構成されていてよい。一実施形態において、環形溝３６３５から放射状に外向きな面３６２５を含む第１の外径３６２０の部分は、破線３６２２で示される通り、除去してもよい。この構成において、面３６２５に段をつけてもよく、ｏ−ガス注入リングを、環形溝でなく、その段差部分に合わせる。ある実施形態において、面３６２５は、第２の外径３６１５へ移行する半径３６４０を含む。環形溝３６３５（又は破線３６２２により示される部分を任意で除去した後の段差部分）は、引っ掻きやツールによるマークのない表面を含んでいてもよい。一実施形態において、この表面を仕上げて、平均表面粗さ（Ｒａ）を約１６μｍとしてよい。環形溝３６３５を除く中空本体３６８の表面もまた、Ｒａ約３２μｍまで仕上げしてよい。一実施形態において、先端３６８ａは、先端３６８ａの面の端部を緩和するチャンバ、斜面又は変形であってよいリリーフ３６１２を含む。
【００５４】
上述したのは、本考案の実施形態に係るものであるが、本考案のその他及び更なる実施形態はその基本的な範囲から逸脱することなく創作することができ、その範囲は実用新案登録請求の範囲に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
本考案の例示の実施形態が詳細に理解できるように、上に簡単にまとめた本考案を、添付図面に示された実施形態を参照してより具体的に説明する。特定の周知のプロセスは、本考案を不明瞭にしないために、本明細書では説明されない。
【００５６】
【図１】マスクエッチングプロセスを実施するためのプラズマリアクタの一実施形態の概略断面図である。
【図２Ａ】図１のリアクタの低部の等角投影切欠図である。
【図２Ｂ】上昇位置にある図１のリアクタのマスクサポート台座の等角投影部分切欠図である。
【図３】図１のリアクタのカソードの平面図である。
【図４】〜
【図５】図１のリアクタのカソードの一変形実施形態の平面図及び側面図である。
【図６】〜
【図７】図１のリアクタのカソードの他の変形実施形態の平面図及び側面図である。
【図８】裏側終点検出装置を有するプラズマリアクタの概略側面図である。
【図９】〜
【図１０】マスクの前側と裏側から得られた光学終点検出信号のグラフである。
【図１１】〜
【図１２】マスクの前側と裏側から得られた干渉フリンジ光学信号のグラフである。
【図１３】図８のリアクタの一実施形態で得られた多波長干渉スペクトル信号のグラフである。
【図１４】図１０に対応する全体の反射光強度に基づく裏側終点検出による、図８のリアクタの一実施形態の概略側面図である。
【図１５】図１２に対応する干渉フリンジ計数に基づく裏側終点検出による、図８のリアクタの一実施形態の概略側面図である。
【図１６】多波長干渉分光分析に基づく裏側終点検出による、図８のリアクタの一実施形態の概略側面図である。
【図１７】発光分析（ＯＥＳ）に基づく裏側終点検出による、図８のリアクタの一実施形態の概略側面図である。
【図１８】ＯＥＳと干渉の両方に基づく裏側終点検出の例を示す図８のリアクタの概略側面図である。
【図１９】〜
【図２０】図１８の実施形態のカソードと設備プレートの等角図である。
【図２１】図１９のカソードの断面図である。
【図２２Ａ】〜
【図２２Ｂ】裏側終点検出を用いる水晶マスクエッチングプロセスにおける一連の工程を示す図である。
【図２３Ａ】〜
【図２３Ｅ】裏側終点検出を用いるクロム−モリシリサイド−水晶マスクエッチングプロセスにおける一連の工程を示す図である。
【図２４Ａ】〜
【図２４Ｅ】裏側終点検出を用いるクロム−水晶マスクエッチングプロセスにおける一連の工程を示す図である。
【図２５】〜
【図２６】リアルタイムエッチングレート分布がマスク裏側から連続的に測定される実施形態の概略側面図及び端面図である。
【図２７】〜
【図２８】別個に制御可能なガス注入ノズルのアレイを有する実施形態の等角図及び平面図である。
【図２９】空気圧バルブを利用する図２７及び２８の実施形態の実施の平面図である。
【図３０Ａ】〜
【図３０Ｄ】動作された図２７及び２８のバルブのアレイの異なるものにより得られたマスク全体のエッチング深さ分布のグラフである。
【図３１】図２７及び２８の変形実施形態の等角図である。
【図３２】図２７及び２８のリアクタの他の変形実施形態を示す図である。
【図３３】〜
【図３４】エッチングレート分布の瞬間的な二次元画像に基づくリアクタ調整可能要素のリアルタイムフィードバック制御を実施することのできるプラズマリアクタのブロック図及び斜視図である。
【図３５】図３３及び３４のリアクタで実施することができるフィードバック制御プロセスのブロック図である。
【図３６Ａ】ガス注入ノズルの一実施形態の側断面図である。
【図３６Ｂ】図３６Ａのノズルの本体の一部の分解側面図である。
【００５７】
理解を促すために、図面で共通する同一構成要素を示すのに、可能な場合は、同一の参照番号を用いている。一実施形態の構成要素及び特徴は、特に挙げていないが、他の実施形態にも有利に組み込まれるものと考えられる。しかしながら、添付図面は本考案の代表的な実施形態のみを例示しており、その範囲を制限するものとは考えられず、本考案は他の同様に有効な実施形態も含むことに留意すべきである。
【図１】
0003138693.tif 000003
【図２Ａ】
0003138693.tif 000004
【図２Ｂ】
0003138693.tif 000005
【図３】
0003138693.tif 000006
【図４】
0003138693.tif 000007
【図５】
0003138693.tif 000008
【図６】
0003138693.tif 000009
【図７】
0003138693.tif 000010
【図８】
0003138693.tif 000011
【図９】
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【図１０】
0003138693.tif 000013
【図１１】
0003138693.tif 000014
【図１２】
0003138693.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003138693.tif 000019
【図１７】
0003138693.tif 000020
【図１８】
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【図１９】
0003138693.tif 000022
【図２０】
0003138693.tif 000023
【図２１】
0003138693.tif 000024
【図２２Ａ】
0003138693.tif 000025
【図２２Ｂ】
0003138693.tif 000026
【図２３Ａ】
0003138693.tif 000027
【図２３Ｂ】
0003138693.tif 000028
【図２３Ｃ】
0003138693.tif 000029
【図２３Ｄ】
0003138693.tif 000030
【図２３Ｅ】
0003138693.tif 000031
【図２４Ａ】
0003138693.tif 000032
【図２４Ｂ】
0003138693.tif 000033
【図２４Ｃ】
0003138693.tif 000034
【図２４Ｄ】
0003138693.tif 000035
【図２４Ｅ】
0003138693.tif 000036
【図２５】
0003138693.tif 000037
【図２６】
0003138693.tif 000038
【図２７】
0003138693.tif 000039
【図２８】
0003138693.tif 000040
【図２９】
0003138693.tif 000041
【図３０Ａ】
0003138693.tif 000042
【図３０Ｂ】
0003138693.tif 000043
【図３０Ｃ】
0003138693.tif 000044
【図３０Ｄ】
0003138693.tif 000045
【図３１】
0003138693.tif 000046
【図３２】
0003138693.tif 000047
【図３３】
0003138693.tif 000048
【図３４】
0003138693.tif 000049
【図３５】
0003138693.tif 000050
【図３６Ａ】
0003138693.tif 000051
【図３６Ｂ】
0003138693.tif 000052