(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形側壁と、前記側壁の上にある天井と、前記側壁の上端上に支持され、前記天井を支持し、外面と内面とを備えたリングとを備えた真空チャンバと、
ＲＦプラズマソース電力アプリケータと前記アプリケータに結合されたＲＦソース電力発生器と、
前記外面から前記内面へと前記リング内を半径方向に延び、前記リングの円周に沿って間隔をあけて配置された複数の通路と、
処理ガス供給源と、
前記チャンバ外部に在り、前記チャンバの円周に沿って延び、前記処理ガス供給源に結合された外部導管と、
前記チャンバ外部に在り、前記外部導管に沿って間隔をあけて配置された各々の位置でもって前記外部導管に結合され、その各々が（ａ）前記リングの前記外面の前記複数の通路の各々に結合された制御されたガス出口ポートと、（ｂ）バルブ制御入口とを有する複数の外部ガス流バルブであって、前記外部ガス流バルブの各々が一対のガス流ポートと、前記一対のガス流ポート間の流入口通路とを備え、前記外部導管が複数の導管セクションを含み、各導管セクションが連続する前記ガス流バルブのガス流ポート間に接続されている複数の外部ガス流バルブと、
前記バルブの各自のバルブ制御入口を空気圧で又は電気的に制御するためのコントローラとを備えるプラズマリアクタ。
【請求項２】
前記外部導管と前記外部バルブとが前記チャンバから別々に取り外し可能であり、前記チャンバに別々に再接続可能である請求項１記載のリアクタ。
【請求項３】
前記バルブの各々が空気圧制御バルブであり、前記リアクタが更に、
圧縮空気供給源と、
前記圧縮空気供給源と前記外部ガス流バルブの各々のバルブ制御入口との間に結合された複数の電気制御可能な空気バルブと、
前記コントローラと前記ガス流制御バルブの各々のバルブ制御入口との間の個々の信号経路とを備える請求項１記載のリアクタ。
【請求項４】
前記リングの前記複数の通路の各自内に複数の中空インサートを更に備え、前記インサートの各々が前記リングの前記外面にガス受取端と、前記リングの前記内面にガス出口端とを有し、各インサートの前記ガス出口端がガス噴射口を規定する請求項１記載のリアクタ。
【請求項５】
前記インサートが前記通路から個別に取り外し可能かつ前記通路に別々に再挿入可能であり、前記外部導管と前記外部バルブが前記チャンバから別々に取り外し可能かつ前記チャンバに別々に再接続可能である請求項４記載のリアクタ。
【請求項６】
前記流入口通路の各々は遮られることなく、これによってガスは前記ガス流入口通路を通って自由に流れる請求項１記載のリアクタ。
【請求項７】
前記導管セクションの各々がガス流ポートに別々に接続可能かつガス流ポートから分断可能である請求項６記載のリアクタ。
【請求項８】
前記リングが、
前記処理ガス供給源からガスを受け取るためのガス供給ポートと、
前記リングの円周に沿った対向する回転方向に方向づけられた一対のガス出口とを備えるガスマニホルドを備え、
前記外部導管が、
前記一対のガス出口の一方に結合された入口を有し、第１回転方向に沿って前記リングの円周のある部位を囲むように延びる第１ガス流導管と、
前記一対のガス出口のもう一方に結合された入口を有し、前記第１回転方向とは反対の回転方向に沿って前記リングの円周の別の部位を囲むように延びる第２ガス流導管とを備える請求項１記載のリアクタ。
【請求項９】
前記処理ガス供給源と前記リングの前記ガスマニホルドの前記ガス供給ポートとの間に結合されたガス供給ラインを更に備える請求項８記載のリアクタ。
【請求項１０】
前記第１及び第２ガス流導管の各々が複数の導管セクションを含み、各セクションが連続する前記ガス流バルブのガス流ポート間に接続されている請求項８記載のリアクタ。
【請求項１１】
前記導管セクションの各々がガス流ポートに別々に接続可能かつガス流ポートから分断可能である請求項１０記載のリアクタ。
【請求項１２】
前記第１ガス流導管が前記リングの円周の約半分を囲むように延び、前記第２ガス流導管が前記リングの円周のもう半分をほぼ囲むように延びている請求項１０記載のリアクタ。
【請求項１３】
前記コントローラが前記ガス流バルブの各々の制御入口に個別に接続されており、これによって前記ガス流バルブの各々をその他のバルブとは独立して制御可能である請求項１記載のリアクタ。
【請求項１４】
円筒形側壁と、前記側壁の上にある天井とを備えた真空チャンバと、
ＲＦプラズマソース電力アプリケータと前記アプリケータに結合されたＲＦソース電力発生器と、
前記側壁内を半径方向に延び、前記側壁の円周に沿って間隔をあけて配置された複数の通路と、
処理ガス供給源と、
前記チャンバ外部に在り、前記チャンバの円周に沿って延び、前記処理ガス供給源に結合された外部導管と、
前記チャンバ外部に在り、前記外部導管に沿って間隔をあけて配置された各々の位置でもって前記外部導管に結合され、その各々が（ａ）前記複数の通路の各々に結合された制御されたガス出口ポートと、（ｂ）バルブ制御入口とを有する複数の外部ガス流バルブであって、前記外部ガス流バルブの各々が一対のガス流ポートと、前記一対のガス流ポート間の流入口通路とを備え、前記外部導管が複数の導管セクションを含み、各導管セクションが連続する前記ガス流バルブのガス流ポート間に接続されている複数の外部ガス流バルブと、
前記バルブの各々のバルブ制御入口を空気圧で又は電気的に制御するためのコントローラとを備えるプラズマリアクタ。
【請求項１５】
前記コントローラが前記ガス流バルブの各々の制御入口に個別に接続されており、これによって前記ガス流バルブの各々をその他のバルブとは独立して制御可能である請求項１４記載のリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路のためのフォトリソグラフィマスクの製造は、半導体ウェハ処理よりもずっと高い程度のエッチング均一性を要する。単一のマスクパターンは、概して、石英マスク上の４平方インチの領域を占める。マスクパターンの画像は、ウェハ上の単一のダイの領域（１平方インチ）に集中され、次にウェハに亘って段階的に進められて各ダイの単一の画像を形成する。石英マスクにマスクパターンをエッチングするのに先立って、マスクパターンは走査電子線によって書かれており、これは単一のマスクのコストを非常に高くする時間の掛かる処理である。マスクエッチング処理はマスクの表面に亘って均一ではない。更に、電子ビームで書かれたフォトレジストパターンは、それ自体は非均一であり、ウェハ上の加工サイズが４５ｎｍの場合には、マスク全体に亘って２−３ｎｍほどの限界寸法（例えば、ライン幅）のばらつきを呈する。（このばらつきは、例えば、すべての測定されたライン幅の３σの偏差である。）フォトレジストの限界寸法におけるそのような非均一性は、様々なマスクのソースあるいは顧客に応じて変化する。マスクエッチング処理は、このばらつきを１ｎｍ以上に増加させることができず、その結果、エッチングされたマスクパターンのばらつきは、３〜４ｎｍを超過することができない。これらの厳格な要件は、ウェハ上でのシャープな画像を達成するための石英マスクパターンにおける回析効果の使用から生じる。現在の技術では、そのような要件を満たすのは困難である。それは、２２ｎｍのウェハ加工サイズを持つかも知れない将来の技術にとっては更に困難になるであろう。この問題は、エッチングバイアスの現象によって悪化し、ここでは、マスクエッチングにおけるフォトレジストパターンの消耗は、石英マスク上のエッチングパターンにおけるライン幅（限界寸法）の減少をもたらす。これらの問題は、マスクエッチング処理に特有である。なぜなら、フォトレジストに関する典型的なマスク材料（例えば、石英、クロム、ケイ化モリブデン）のエッチング選択性が典型的には１未満であるので、その結果、マスクフォトレジストパターンがマスクエッチング処理中にエッチングされるからである。
【０００２】
いくつかのマスクパターンは、正確に規定された深さで石英マスクに周期的な開口をエッチングすることを要し、それは、マスクを通じたウェハの露出中の干渉光ビームの非常に微細な位相の位置決めを達成するのに重大である。例えば、位相シフトのマスクの１つの種類においては、各ラインは、クロムラインの各側に露出した薄い石英ラインを伴うクロムラインによって規定され、一側の石英ラインのみが、エッチングされていない石英ラインを通過する光に対して光の１８０度の位相シフトを提供する正確な深さにエッチングされる。石英におけるエッチング深さを正確に制御するために、エッチング処理は、石英におけるエッチング深さを測定するために、周期的にそれを中断することによって念入りに監視されなければならない。そのような検査は、各々、マスクエッチングリアクタチャンバからマスクを除去すること、フォトレジストを除去すること、エッチング深さを測定すること、その後、経過したエッチング処理時間に基づいた目標深さに達するまでの残りのエッチング処理時間を推定すること、新しいフォトレジストを蒸着すること、電子ビームがレジスト上のマスクパターンを描くこと、マスクエッチングチャンバ内にマスクを再導入すること、そして、エッチング処理を再開することを要する。所望する深さに達するまでの残りのエッチング時間の推定は、エッチング速度が安定及び均一なままであり、したがって、信頼性が低いと想定される。そのような厄介な処理の問題は、低い生産力及び高いコストを含み、同様に、フォトレジストパターンにおける汚染あるいは欠陥の機会の増大を含んでいる。しかしながら、正確に制御されたエッチング深さの要求のために、そのような問題を回避する方法は存在しないようである。
【０００３】
限界寸法のばらつきの小さな許容範囲は、マスク表面に亘るエッチング速度の極めて均一な分布を要する。石英材料における正確なエッチング深さを要するマスクにおいては、２つの限界寸法があり、一方はライン幅であり、他方はエッチング深さであり、両方の種類の限界寸法の均一性は、マスクに亘る均一なエッチング速度分布を要する。エッチング速度分布における非均一性は、ソース電力アプリケータの利用によって或る程度まで低減することができ、それは、プラズマイオン密度の放射状分布を変えることができる（ウェハの上にある内側及び外側コイルアンテナからなる誘導ソース電力アプリケータ等）。しかしながら、そのようなアプローチは、対称な非均一性（即ち、中央が高い、あるいは、中央が低いエッチング速度分布）だけに対処することができる。実際には、エッチング速度分布での非均一性は、非対称（例えば、マスクの１つのコーナにおいて高いエッチング速度等）であることができる。より基本的な制限は、マスクエッチング処理がエッチング速度のそのような中央で極めて低い分布を有する傾向があり、調整可能な特徴（内側及び外側コイルを有するそのような誘導電力アプリケータ）が中央で低い体制からエッチング速度分布を変えることが可能ではないということである。
【０００４】
非均一なエッチング速度分布に関する別の問題は、エッチング速度分布が同じ設計の異なるリアクタの中で大きく変わる傾向があり、重要な部分あるいは消費可能な構成要素が交換（陰極の交換等）される場合には常に同じリアクタ内において広く変わることができるということである。エッチング速度分布は、消費可能な交換に際して予測不能な変化を伴って交換された部分の特徴における小さなばらつきに高度に敏感なようである。
【概要】
【０００５】
マスク又はウェハ等のワークを処理するためのプラズマリアクタは、円筒形側壁と、側壁の上にある天井と、側壁の上端上に支持され、天井を支持し、外面と内面とを備えたリングとを備えた真空チャンバを含む。ＲＦプラズマソース電力アプリケータとアプリケータに結合されたＲＦソース電力発生器がプラズマソース電力を供給する。複数の通路が外面から内面へとリング内を半径方向に延び、リングの円周に沿って間隔をあけて配置されている。処理ガス供給源が処理ガスを供給する。チャンバ外部に在る外部ガス流導管装置はチャンバの円周に沿って延び、処理ガス供給源に結合されている。チャンバ外部に在る複数のガス流バルブは導管に沿って間隔をあけて配置された各々の位置でもって外部導管に結合され、その各々は（ａ）リングの外面の複数の通路の各々に結合された制御されたガス出口ポートと、（ｂ）バルブ制御入口とを有する。ガスバルブ構成コントローラは各バルブのバルブ制御入口を制御する。
【詳細な説明】
【０００６】
高ＲＦ均一性を有する陰極
我々は、マスクエッチング処理における不均一なエッチング速度分布の原因の１つが、当該マスクエッチング処理が行なわれるプラズマリアクタ中のマスクを保持する支持土台あるいは陰極におけるＲＦ電気の不均一の存在にあることを見出した。ＲＦバイアス電力は、マスク表面のプラズマイオンエネルギを制御するために土台に加えられるのに対して、ＲＦソース電力は、プラズマイオンを生成するために、例えば、上部コイルアンテナに加えられる。ＲＦバイアス電力は、イオンエネルギに影響を与えるマスク表面の電界を制御する。マスク表面のイオンエネルギは、エッチング速度に影響を与えるために、土台におけるＲＦ電気の不均一は、マスク表面全体に亘るエッチング速度の分布における不均一を招く。我々は、土台におけるＲＦ不均一の原因のいくつかを見出した。１つは、アルミニウム土台（陰極）とアルミニウム表面板（ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ  ｐｌａｔｅ）とを螺合するチタンねじである。上記のねじは、土台の表面全体に亘って（つまり、マスク表面全体に亘って）電界パターンにおけるノードを形成する。なぜなら、上記ねじの電気的特性は、アルミニウム陰極のそれとは異なるからである。もう１つは、陰極と表面版との導電率の不均一な分布である。表面板と陰極との電気伝導は、主として表面板と陰極の周縁に限定される。これは、少なくとも部分的にはプラズマ処理中の真空圧力による陰極のそりに起因する。この周縁の伝導は、チタンねじの不均一な締め付け及び／又は表面板又は土台の周縁付近の表面仕上げの変化等、数多くの要因により不均一となることがある。我々は、土台全体に亘ってＲＦ電気の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、この問題を解決した。第一に、アルミニウム陰極にチタンねじが存在することによるＲＦ電界の不均一又は不連続性を、すべてのチタンねじの頭を被包する連続したチタンリングを陰極の上面周縁に延伸するように配することによって解決しようとするものである。表面の不均一又はチタンねじの不均一な締め付けによる導電率の変化を、高導電性ニッケルメッキを表面板と陰極の対向する表面周縁に施すこと、及び表面板と陰極との間に両者によりその周縁で圧縮されるＲＦガスケットの導入によって解決しようとするものである。
【０００７】
図１に示すように、マスクにパターンをエッチングするためのプラズマリアクタは、側壁１２とその上にある天井１４とにより密閉された真空チャンバ１０を備え、チャンバ圧力を調整する真空ポンプ１５によって真空引きされる。チャンバ１０内のマスク支持土台１６は、マスク１８を支持する。本明細書において後述するように、マスクは、典型的には石英基板からなり、また石英基板の上面に更にクロムやケイ化モリブデン等のマスク薄膜層を備えていてもよい。更に、パターン規定層が存在するが、それはフォトレジスト又はクロム層からなるハードマスクでも良い。他のマスクの種類としては、上記石英基板は、フォトレジストパターンを除いては被覆層を有していない。
【０００８】
プラズマソース電力は、各々ＲＦインピーダンス整合回路２８、３０を介して各ＲＦソース電力発生器２４、２６により駆動され、また、上方に位置する内側及び外側コイルアンテナ２０、２２により加えられる。側壁１２は、接地接続されたアルミニウム又は他の金属でもよいのに対して、天井１４は、典型的には、コイルアンテナ２０、２２からチャンバ１０内へのＲＦ電力の誘導結合を許容する絶縁材料である。処理ガスは、ガスパネル３６からガスマニホールド３４を通り、側壁１２の上部に等間隔に配置された噴射ノズル３２を介して導入される。ガスパネル３６は、各々のバルブ又はマスフローコントローラ４０を介してマニホールド３４に接続された出力バルブ又はマスフローコントローラ４２に接続された異なるガス供給源３８から構成されることが可能である。
【０００９】
マスク支持土台１６は、金属（例えば、アルミニウム）表面板４６上に支持される金属（例えば、アルミニウム）陰極４４からなる。陰極４４は、表面板４６における供給口及び排出口（図示せず）により供給又は真空引きされる内部冷却液又は加熱液流路（図示せず）を有する。ＲＦバイアス電力は、ＲＦバイアス電力発生器４８により、ＲＦインピーダンス整合回路５０を介して上記表面板に加えられる。ＲＦバイアス電力は、表面板４６と陰極４４との界面を通り、陰極４４の上面へと導通する。陰極４４は、その上に角形の石英マスクあるいは基板１８が支持される中央平坦部４４ａを有する。平坦部の寸法は、一般にマスク１８の寸法と一致している。しかし、後述するように、平坦部４４ａは若干小さく、その結果、マスク周縁部の小部分あるいは端縁１８ａが、平坦部４４ａを短い距離超えて延びている。平坦部４４ａを囲む土台リング５２は、（図２Ｂ又は図７に示す楔形又はパイ片状に）リング５２の約２／５を形成するカバーリング５２ａと、残余の３／５を形成するキャプチャリング５２ｂとに分割されている。キャプチャリング５２ｂは、マスク１８の端縁１８ａが載置される棚部５４を有する。３本のリフトピン５６（図１ではそのうち１本だけを示している）がキャプチャリング５２ｂを持ち上げるが、それにより、マスク１８は、マスク１８を支持土台１６から分離することが望まれる際はいつでも、端縁１８ａによって上昇させられる。土台リング５２は、バイアス電力発生器４８の周波数において、石英マスク１８とアルミニウム平坦部４４ａとの組合せにより得られるＲＦインピーダンスに整合するように選択された異なる電気的特性を持つ材料の層５３、５５からなる。（カバーリング５２ａとキャプチャリング５２ｂの両者は、異なる層５３、５５からなる。）更に、キャプチャリング５２の上面は、マスク１８の上面と共面をなし、そのために、マスク１８の端部を超えて延びる大きく均一な表面が、プラズマ処理中のマスク１８の表面全体に亘る均一な電界及びシース電圧を促進する。典型的には、下部リング層５５が石英で、上部リング層５３がアルミナ等のセラミックの場合にこうした条件が満たされる。処理コントローラ６０は、ガスパネル３６、ＲＦ発生器２４、２６、４８、及びウェハハンドリング装置６１を制御する。ウェハハンドリング装置は、リフトピン５６に接続されたリフトサーボ６２、ロボットブレードアーム６３、及びスリットバルブ６４をチャンバ１０の側壁１２中に備えることができる。
【００１０】
等間隔に配された一連のチタンねじ７０は、陰極４４と表面板４６とをその周縁に沿って固定する。アルミニウム陰極／表面板４４、４６とチタンねじ７０との電気的相違のために、ねじ７０は、陰極４４の上面でＲＦ電界に別々の不均一性を与える。陰極４４と表面板４６の対向する表面におけるばらつきは、陰極４４と表面板４６との間にその周縁に沿って導電性の不均一を作り出し、その結果、対応する不均一性がＲＦ電界にも生じる。陰極４４は、プラズマ処理中にその中央部がそり上がり易いために（チャンバの真空により）、陰極４４と表面板４６との主要な電気的接触は、その周縁においてなされる。陰極４４と表面板４６との間の導電率の感度を（ａ）様々なチタンねじ７０間の締め付けのばらつき、及び（ｂ）表面特性におけるばらつきに低減するために、ニッケル等の高導電材料からなる環状薄膜７２が、陰極４４の下面４４ｂの周縁に蒸着され、一方、対応する（例えば）ニッケルからなる環状薄膜７４が、表面板４６の上面４６ａ上に蒸着される。ニッケル膜７２、７２は、相互に位置合わせがなされ、その結果、２つの環状ニッケル薄膜７２、７４は、土台４４と表面板４６の対向する接触面を構成し、両者に非常に均一な分布の導電率を与える。更なる導電率の均一性向上は、環状溝７６を陰極４４の下面の周縁に沿って形成し、環状溝７６中に導電性ＲＦガスケット８０を配置することにより実現される。必要に応じて、環状溝７６と並ぶ環状溝７８を表面板４６の上面に形成することが可能なＲＦガスケット８０は、陰極４４と表面板４６が押圧されてねじ７０が締め付けられる際に圧縮される金属製つる巻細線等、適切な従来のものであることが可能である。チタンねじ７０の頭に生じ易い電界分布における点状不均一を抑制又は解消するために、連続したチタンリング８２が、陰極４４の上面の周縁における環状溝８４の周囲に配置される。
【００１１】
図２Ａは、マスク支持土台１６と、その下のリフト部品９０を示している。リフト部品９０は、空気圧アクチュエータあるいはリフトサーボ９４により駆動されるリフトスパイダ９２と、該リフトスパイダ９２状に載置される３本のリフトピン５６とを備えている。リフトピン５６は、極度に滑らかで殆ど摩擦のない動作（摩耗から生じる汚染を抑制するため）で、玉軸受９８を備えるリフトベローズ９６中を導かれる。図２Ｂは、キャプチャリング５２ｂとマスク１８と共に上昇させられた状態の陰極４４を示している。マスクが上昇させられた際のカバーとキャプチャリング５２ａ、５２ｂとの分離により形成された間隙により、ロボットブレードは、マスク１８へアクセスすることができる。
【００１２】
マスク１８の表面全体における極度に中央部で低いエッチング速度分布の問題は、陰極平坦部４４ａの電気的物性（例えば、誘電率）の分布を変更することにより解決される。これは、一実施形態において、平坦部４４ａの上面に中央インサート１０２及び周辺外側インサート１０４を設けることにより達成され、この２つのインサートは、土台リング５２と共に連続した平坦な表面を形成すると共に、電気的に異なる材料からなる。例えば、エッチング速度分布が極端に中央部で低くなる傾向を抑制するために、中央インサート１０２は導電性材料（例えば、アルミニウム）のものであってもよく、一方、外側インサート１０４は絶縁材料（例えば、アルミナのようなセラミック）のものであることが可能である。この導電性の中央インサート１０２は、ＲＦ電流に更に低いインピーダンス経路を与え、マスク１８の中央部でイオンエネルギとエッチング速度とを増大させる一方、絶縁性外側インサート１０４は、より高いインピーダンスをもたらし、マスク１８の周辺のエッチング速度を減少させる。この組合せがエッチング速度分布を改善し、それをほぼ均一にさせる。この特徴によって、エッチング速度分布の微細な調整が、内側及び外側コイルアンテナ２０、２２に加えられる相対ＲＦ電力レベルを調整することにより可能となる。均一なエッチング速度分布を達成するのに要求されるプラズマイオン密度の放射状分布の変化は、はるかに少ない量にまで減少され、それは、均一なエッチング速度分布を得るための内側及び外側コイル２０、２２間のＲＦ電力配分の能力の範囲内である。図３は、内側及び外側インサート１０２、１０４の上面図である。他の実施形態において、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ることが可能である。図４及び図５は、この概念の詳細を示し、４個の累進的に異なる電気的物性を持つ同心円状リング１０２、１０４、１０６、１０８がエッチング速度分布をより均一にするために用いられている。図６及び図７は、陰極４４のＲＦ電気的物性の分布のリアルタイム調整性を提供する他の実施形態を示している。プランジャ１１０は、陰極４４の中央内部の中空シリンダ１１４内で、可動アルミニウム板１１２の軸方向位置を調整する。アルミニウム板１１２は、アルミニウム平坦部４４ａの残部に電気的に接触している。絶縁体（例えば、セラミック）の上部フィルム１１６は、陰極４４の上部を覆うことができる。アルミニウム板１１２が押されてシリンダ１１４の上部へ近づくにつれ、陰極４４の中央領域を通じて電気インピーダンスは減少し、それによりマスク１８の中央でエッチング速度を増加させる。反対に、マスク中央のエッチング速度は、アルミニウム板１１２がシリンダ１１４内でマスク１８から遠ざかるように下方へ移動されるにつれて減少する。プランジャ１１０の軸方向の動きを調整するアクチュエータ１１８は、処理コントローラ６０（図１参照）により、均一性を最大限にするように又は不均一を補正するようにエッチング速度分布を調整するように制御されることができる。
【００１３】
マスク裏面におけるエッチング速度の監視と終了点検出
マスク上のエッチング深さ又は微小寸法を測定するためのエッチング処理の周期的中断による製造コストの上昇は、陰極４４及びマスク又は基板１８の裏面を介した光学的検出を用いることで抑制又は解消される。フォトレジストに対する低いエッチング選択性により、こうした周期的測定を行なうためにエッチング処理を中断することが必要であった。一般に、マスク材料は、フォトレジストよりも遅い速度でエッチングされる。この問題は、マスク上にフォトレジストの厚い層を蒸着することにより解決が図られるが、レジストの高いエッチング速度により、フォトレジスト表面には不規則な凹凸又は粗面ができる。この凹凸は、フォトレジストを通過する光に影響を与え、その結果、いかなる微小寸法やエッチング深さの光学的測定にもノイズを与えてしまう。そのために、フォトレジストは、ノイズのない光学的測定を確保するために周期的測定ごとに一時的に除去されるので、中断されたマスクエッチング処理を再開する前には、フォトレジストの再蒸着やレチクルパターンのフォトレジストへの再書き込みが必要となる。
【００１４】
図８に示すマスクエッチングプラズマリアクタは、このような困難を回避するもので、陰極４４中に設けられた裏面光学測定装置を用いることにより、全エッチング処理中の連続的な微小寸法の観察又はエッチング深さの測定を、マスク又は基板１８をマスク支持土台１６上に載置したままで行なうことが可能である。裏面測定装置は、典型的には、石英製のマスク基板１８の光学的に透明な性質を利用するものである。その上に蒸着されることが可能である薄膜（クロム又はケイ化モリブデン等）は不透明であることが可能であるが、マスク１８のレチクルパターンを規定するパターン状開口の形成は、光学的に検出される。このような層により反射又はこのような層を透過する光の強度の変化は、陰極４４を介してマスク裏面で観察されることが可能である。この観察は、エッチング処理終了点検出を行なうために用いられることが可能である。石英材料をエッチングする際には、マスク裏面で陰極４４を介して観察される光学干渉を、エッチング処理中にエッチング深さ測定をリアルタイムで行なうために検出することが可能である。利点の１つとしては、マスク裏面から検出される画像又は光学信号がフォトレジストのノイズにより影響されないこと、又は、少なくとも、マスク１８の上面（フォトレジスト側）からこのような測定を行なう試みと比較するとその影響が非常に少ないことがある。
【００１５】
これらの目的のために、図８のリアクタは、陰極４４の上面においてマスク又は基板１８の裏面に対向する光学軸を持つレンズ１２２を収容する凹部１２０を備える。一対の光ファイバ１２４、１２６は、その径がレンズ１２２に比べて小さく、且つ、レンズ１２２に接近あるいは接触する端部１２４ａ、１２６ａを有しており、また、両者は、レンズ１２２の光学軸において隣り合うよう並置されている。図８に示す光ファイバ１２４、１２６の各々は、実際には小さな複数の光ファイバの束であることが可能である。光ファイバ１２４は、その他端１２４ｂが光源１２８に接続されている。光源は、マスク１８が透明となる波長の光、典型的には石英マスクに対しては可視光を発する。干渉深さ測定の場合、光源１２８の波長スペクトルは、マスク１８のレチクルパターンにおける局所的コヒーレンスを容易にするように選択される。約４５ｎｍのエッチングされたマスク構造中の周期的形状（又は１ミクロン未満の周期的形状サイズ）に対しては、光源が可視光スペクトル中の光を放射するときに、この条件が満たされる。光ファイバ１２６は、その他端１２６ｂが光受容器１３０に接続されている。単純な終了点検出の場合、光受容器１３０は、単に光の強度を検出すればよい。微小寸法（例えば、線幅）測定の場合、光受容器１３０は、レンズ１２２の視野中にあるエッチングされた配線の画像を検出してもよく、それから線幅を判断することができる。エッチング深さ測定の場合、光受容器１３０は、干渉パターン又は干渉縞を検出してもよく、それによりエッチング深さが判断される（つまり、干渉又は回折パターンから推定又は干渉縞の計数から演算される）。他の実施形態において、光受容器１３０は、多数の波長の干渉測定を行なうための分光計を備えることが可能であり、それによりエッチング深さが推定又は演算されることが可能である。このような測定のために、処理コントローラ６０は、光受容器からの光学信号を処理することができる光学信号プロセッサ１３２を備えている。このような光学信号処理は、以下のいずれかを（特定の形態に応じて）含むことが可能である。周辺光の強度の変化からエッチング処理終了点検出を行なう；光受容器１３０によって検出される２次元画像から微小寸法を測定する；干渉縞を計数することによりエッチング深さを演算する；多数の波長の干渉スペクトルからエッチング深さを測定する。この場合、光受容器１３０は、分光計からなる。これに代えて、このような分光計は、プラズマから出射され透明マスク１８を透過する光を用いてウェハ裏側からの光学発光分光法によるエッチング処理終了点検出を行なうために採用されてもよく、その場合、光源１２８は、用いられない。
【００１６】
処理コントローラ６０は、光学信号プロセッサ１３２からの処理終了点検出情報（又はエッチング深さ測定情報）に応答し、ＲＦ発生器２４、２６、４８、及びウェハハンドリング装置６１を含むプラズマリアクタの様々な要素を制御する。典型的には、処理コントローラ６０は、エッチング処理終了点に達したときに、エッチング処理を終了し、マスク１８が土台１６から除去されるようにする。
【００１７】
図９は、クロムエッチング処理（石英マスク表面上のクロム薄膜がマスクのレチクルパターンに応じてエッチングされる）中の時間に対するマスクの上面（フォトレジスト塗布面）から検出した周辺反射光強度の関係を示すグラフである。図９に示される強度の大きな変動は、フォトレジスト層の上面の凹凸により引き起こされるノイズを表わしている。破線は、ノイズ中に隠された階段関数信号を表わし、その階段関数は、クロムエッチング処理終了点と一致する。図１０は、図８のリアクタ中の陰極４４を介してウェハ裏面から行なった同様の測定のグラフであり、光受容器１３０が反射光レベルを検出している。フォトレジスト由来のノイズは、大きく減少し、その結果、終了点規定段階関数が光学データ中に明確に現れている。階段関数の端部は、エッチング処理がクロム薄膜の底部に達する際に反射光強度が下降する遷移点を表わし、その点では、クロムの反射表面積が急峻に減少している。
【００１８】
図１１及び図１２は、時間に対する（即ち、空間に対する）光強度のグラフであり、図１２においては、光受容器１３０によって検出されるように、光強度の周期的ピークが干渉縞に対応し、その間隔は、エッチング深さ、あるいは透明な石英マスク基板１８にエッチングされる近接した周期的間隔を持つ形状の異なる表面間の厚さの差を決定している。図１１は、マスク上面からフォトレジストを介して検出された強度を示し、干渉縞検出を阻害するフォトレジスト由来の大きなノイズが含まれているのを示している。図１２は、図８の光受容器１３０によってマスク裏面を介して検出された強度を示し、フォトレジスト由来のノイズは、実質的に存在しないことを示している。
【００１９】
図１３は、光受容器１３０が分光計からなり光源１２８が複数の波長スペクトルを発生する場合の波長に対する光強度の関係を表わすグラフである。図１３のグラフに示す強度スペクトラムの挙動は、干渉効果が透明マスク１８中に周期的間隔で配置されたサブミクロン形状中の異なる深さを持つ表面から反射される光の間で生じる場合に典型的なものである。低波長においては、ピークは、比較的周期的で等間隔であり、ここでは、主要な光効果は干渉である。より高い波長では、マスク１８中の周期的形状間の局所的コヒーランスは、さほど強くなく、そのため、回折効果は、波長が増大するにつれて大きくなり、図１３に示すように、高波長での強度の挙動は、より不等間隔でより複雑となる。図１３中のピークの間隔は、特に低波長において、エッチング深さの関数であり、エッチング深さは、ピーク間隔から推測される。
【００２０】
図１４は、図８のリアクタの一実施形態を例示しており、ここでは、光受容器１３０は、周辺光強度検出器であり、光学信号プロセッサ１３２は、図１０の終了点検出グラフに対応する反射光強度全体における大きな屈曲点（階段関数）を探すようにプログラムされている。この実施形態の光源１２８は、適切なものであればいかなる光源でもよい。これに代えて、光源１２８は、省略されてもよく、その場合、光センサ１３０は、単に透明マスク又は基板１８を透過するプラズマからの光に応答する。
【００２１】
図１５は、図８のリアクタの一実施形態を例示しており、ここでは、光受容器１３０は、干渉縞を解像するレンズ１２２よって充分にフォーカスされる干渉縞検出器であり、光学信号プロセッサ１３２は、透明石英マスク１８のエッチング深さを演算するために（例えば、図１２に示されるような時間に対する強度のデータから）干渉縞を計数するようにプログラムされている。この演算により、実質的に即時にエッチング深さが演算され、ロジック２００によりメモリ２０２に記憶されているユーザ規定による目標深さと比較される。ロジック２００は、記憶されている深さの値と測定された深さの値との一致を検出するために、従来の数的一致又は最小化ルーチンを用いることができる。一致によって、ロジック２００は、処理コントローラ６０に対するエッチング終了点のフラグを立てる。
【００２２】
図１６は、図８のリアクタの一実施形態を示し、ここでは、図１３の干渉分光法が透明石英マスク又は基板１８のエッチング深さを測定又は判断するために用いられる。この場合、光源１２８は、可視領域の多数の波長又はスペクトラム（約数百ナノメートル以下の周期的なマスク形状のサイズに対して）を出射する。光受容器１３０は、分光計である。複合信号調整器兼アナログ−デジタル変換器２２０は、分光計１３０により収集さ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が取り扱うことができるデジタルデータに変換する。終了点検出を行なうことができる１つのモードでは、上述したように、エッチング深さを図１３に示すデータの低波長領域中の周期的ピーク間の間隔から演算する。比較ロジック２００は、瞬時に測定されたエッチング深さをメモリ２０２に記憶されたユーザが規定した目標深さと比較し、エッチング処理終了点に達したか否かを判断することができる。他のモードでは、比較ロジック２００は、充分にロバストであり、分光計１３０の即時出力を表わすデジタル化された波長スペクトル（図１３のグラフに対応）と所望のエッチング深さに対応する周知のスペクトルとを比較できる。この周知のスペクトラムは、メモリ２０２に記憶されることが可能である。比較ロジック２００により検出される、測定されたスペクトルと記憶されているスペクトラムとの一致又は近似的一致により、エッチング処理終了点フラグが処理コントローラ６０に送られることになる。
【００２３】
図１７は、図８のリアクタの一実施形態を示し、ここでは光受容器１３０は、チャンバ中のプラズマによって出射される光学的放射からの輝線を区別可能で、光学発光分光（ＯＥＳ）を行なう光学発光分光計である。プロセッサ１３２は、エッチングされる層中の材料を示す化学種に対応する選択された光学線の強度を追跡する（又はその消失を検出する）ようにプログラムされたＯＥＳプロセッサである。所定の移行（例えば、クロムエッチング処理中のＯＥＳスペクトラムにおけるクロム波長線の消失）の際には、プロセッサ１３２は、処理コントローラ６０にエッチング処理終了点検出フラグを送る。
【００２４】
図１８は、我々が構成した一実施形態を示し、ここでは、間隔を置いた凹部２３１、２３３中に各々一対のレンズ２３０、２３２が設けられており、レンズ２３０、２３２は、干渉縞を解像するようフォーカスされており、集光された光は、各々レンズ２３０、２３２に対向又は接触する光ファイバ２３４、２３６によって伝送される。光ファイバ２３４、２３６は、干渉検出器２３８（これは、干渉縞検出器あるいは分光計であることが可能である）に接続され、検出器２３８は、処理コントローラ６０に接続された出力を有している。レンズ２３０、２３２は、光源２４０から光ファイバ２４２、２４４を介して光を受ける。この光は、マスク１８の上面からレンズ２３０、２３２に向かって反射され、光ファイバ２３４、２３６によって検出器２３８に伝送される。更に、図１８の実施形態は、光ファイバ２５２を介してＯＥＳ分光計２５４に接続される第３のレンズ２５０を収容する第３の凹部２４９が陰極表面に備えられている。ＯＥＳプロセッサ２５６は、ＯＥＳ分光計２５４の出力を処理し、終了点検出を実行し、処理コントローラ６０にその結果を送信する。図１８の実施形態の陰極４４が図１９に示されており、ここでは、レンズ２３０、２３２、２５０を各々収容する３つの凹部２３１、２３３、２４９が示されている。図２０は、表面板４６中にレンズ２３０、２３２、２５０をサポートする光学機器を収容するための対応する孔２６０、２６１、２６２を示している。図２１は、土台１６中の光ファイバとレンズとの接続を示す断面図である。
【００２５】
図１６、図１７、図１８では、分光計１３０（図１６及び図１７）及び２５４（図１８）が用いられているが、分光計１３０又は２５４は、所定の波長用に調整された一又は複数の光学波長フィルタで置き換えられてもよい。上記の各光学波長フィルタは、信号強度を増強するために、光電子増倍管と組み合わせることが可能である。
【００２６】
裏面終了点検出マスクエッチング処理
図２２Ａ及び図２２Ｂは、マスクの石英材料中にレチクルパターンをエッチングする処理を示している。図２２Ａにおいて、石英マスク基板２１０は、間隔を空けた線２１４及びフォトレジスト層２１２中に定められた開口２１６による周期的構造を有するフォトレジスト層２１２によって覆われている。図１５及び図１６のリアクタにおいては、ＣＨＦ３＋ＣＦ４＋Ａｒの石英エッチング処理ガスがチャンバ１０内に導入され、電力がＲＦ発生器２４、２６、４８により加えられ、また、石英材料は、フォトレジスト層２１２中に形成された開口２１６の中でエッチングされる。石英中のエッチング深さは、石英基板２１０のエッチングされた上面から反射された光２１８とエッチングされていない上面から反射された光２１９との干渉により連続的に測定される。エッチング処理は、所望のエッチング深さに達すると即時に中断される（図２２Ａ）。そして、所望のマスクを形成するためにフォトレジストが除去される（図２２Ｂ）。
【００２７】
図２３Ａ〜図２３Ｅは、下層石英マスク基板２１０、ケイ化モリブデン層２６０（モリブデン−酸化シリコン窒化物［ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  ｏｘｙ−ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ］）、クロム層２６２、酸化クロム反射防止コーティング２６４及びフォトレジスト層２６６からなると共に、フォトレジスト層２６６に開口２６８が形成された３層マスク構造（図２３Ａ）をエッチングする処理を示している。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、単純な反射終了点検出を有するプラズマリアクタチャンバ（図１４のチャンバ）又はＯＥＳ終了点検出を有するチャンバ（図１７のチャンバ）中で、Ｃｌ２＋Ｏ２＋ＣＦ４等のクロムエッチング処理ガスを用いてエッチングされる。フォトレジスト層２６６が除去される（図２３Ｃ）。その後、図２３Ｄに示すように、ケイ化モリブデン層２６０が、ＳＦ６＋Ｃｌ２等のケイ化モリブデンのエッチング剤である処理ガスを用い、クロム層２６２をハードマスクとして用いてエッチングされる。このステップは、図１４又は図１７のチャンバのような単純な周辺反射による又はＯＥＳ終了点検出による終了点検出を行なうプラズマリアクタ中で行なわれる。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処理ガ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を伴わない単純な終了点検出を行なう図１４又は図１７のリアクタを用いて行なわれる。これにより、レチクルパターンが規定されたケイ化モリブデンの被覆層を有する石英マスク基板が残される。
【００２８】
図２４Ａ〜図２４Ｅは、透明石英マスク上に形成され、周期的間隔で石英が露出する空間の横に位置する周期的なクロム線からなるバイナリマスクを製造する処理を示しており、上記石英が露出する空間は、１つおきに透過光が所望の角度（例えば、１８０度）で位相偏移する深さまでエッチングされている。図２４Ａは、石英マスク基板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している。図２４Ｂのステップでは、クロム及び酸化クロム層３０２、３０４は、図１４又は図１７のチャンバのようなリアクタチャンバ中のＣｌ２＋Ｏ２＋ＣＦ４の処理ガスの中でエッチングされる。図２４Ｃのステップでは、フォトレジスト層３０６が除去され、その後、石英マスク基板３００の露出部分が図２４Ｄに示すようにＣＨＦ３＋ＣＦ４＋Ａｒの石英エッチング処理ガス中でエッチングされる。図２４Ｄの石英エッチングのステップは、図１５又は図１６のチャンバのような、石英マスク基板３００中のエッチング深さを検出又は監視できるリアクタチャンバの中でエッチングされる。このエッチング処理中に、即時エッチング深さが連続的に監視され、エッチング処理は、マスク３００上で目標エッチング深さに達するとすぐに中止される。最終結果物を図２４Ｅに示している。
【００２９】
マスク表面全体に亘るエッチング深さ分布の連続的監視
図２５及び図２６は、図１のウェハ支持土台１６の一実施形態を示し、ここでは、マトリクス状の裏面エッチング深さ検出素子（レンズ及び光ファイバ）が陰極４４の上面に設けられており、それによりエッチング処理中のマスク又は基板の全表面に亘るエッチング速度分布又はエッチング深さ分布の瞬間的画像又はサンプルが、エッチング処理を中断することなくまたマスク基板を乱すことなく、連続的に得ることができる。アルミニウム平坦部４４ａは、その上面にマトリクス状の開口３２０を有し、各開口は、マスク基板３００の裏面に対向するレンズ３２２を保持している。光源３２４は、各々レンズ３２２と接続された出力光ファイバ３２６を介して光を供給する。レンズ３２２は、干渉縞を解像するのに充分なフォーカシングを与える。干渉検出器３２８は、干渉縞の計数を容易にするセンサ又は分光計でもよく、各々レンズ３２２と接続された入力光ファイバ３３０と接続されている。スイッチ又はマルチプレクサ３３２は、各入力光ファイバ３３０から検出器３２８へ光が順に入るようにする。図２５及び図２６の装置が動作するモードには、３種類のモードがある。第１のモードでは、所定の１つのレンズ３２２の視野中のエッチング深さが干渉縞の間隔から演算される。第２のモードでは、検出器３２８は、分光計であり、所定の１つのレンズ３２２の視野中のエッチング深さが、多数の波長の干渉スペクトルでの低波長ピーク間隔（図１３に対応）から演算される。第３のモードでは、多数の波長の干渉スペクトルが一定の時間に検出され、対応するエッチング深さが分かっているスペクトラムのライブラリ３４０と比較される。エッチング速度分布は、エッチング深さと経過時間から演算される。この分布は、処理のエッチング不均一を記録し、処理コントローラ１３２に送られる。コントローラ１３２は、リアクタの調整可能な特性を調整することによって応答し、エッチング速度分布の不均一性を減少することができる。
【００３０】
図２５及び図２６の実施形態では、３×３のマトリクス状のエッチング深さセンサ又はレンズ３２２が平坦部４４ａの上面に備えられているが、こうしたセンサのマトリクスにはいかなる数の行及び列が採用されてもよく、そのために、マトリクスはｎ×ｍのマトリクスであり、ここで、ｍ及びｎは適切な整数である。
【００３１】
一実施形態において、処理コントローラ１３２は、エッチング速度分布が中央部で高いか中央部で低いかを（分光計又はセンサ１３０により供給されるエッチング速度分布情報から）推定するようにプログラムされることが可能である。処理コントローラ６０は、この情報にリアクタの調整可能な特性を調整することによって応答し、不均一性を減らすことができる。例えば、処理コントローラ６０は、内側及び外側コイル２０、２２間のＲＦ電力の配分を変更することが可能である。これに代えて、あるいは、これに加えて、処理コントローラ６０は、図６及び図７のリアクタ中の可動アルミニウム板１１２の高さを変更することが可能である。平坦部４４ａ中のエッチング深さ検出素子のアレイ又はマトリクスからのフィードバックによって、処理コントローラ６０は、エッチング速度分布の均一性をリアクタの調整可能要素の連続的な試行錯誤調整により改善することができる。
【００３２】
リアルタイム構成可能な処理ガス分配
図２７及び図２８は、個別に制御可能なガス噴射口又はノズル３２のアレイを有する、図１のプラズマリアクタの一実施形態を示している。異なるノズル３２を個々に制御することにより、チャンバ１０内のガス分布は、ワーク又はマスク１８全体に亘るエッチング速度の不均一な分布を修正するように変更されることができる。この例示される実施形態において、ガス噴射ノズル３２のアレイは、側壁１２の天井１４近傍に位置している。この目的のために、リアクタは、側壁１２の上部と脱着可能な蓋３４２との間に保持されるトップリング３３８を備え、蓋３４２は、天井１４を構成している。トップリング３３８の下面の外側ショルダ３４４は、側壁１２の上面に配置される。リングの上面の内側ショルダ３４６は、蓋３４２の端部を受ける。外側ショルダ３４８は、蓋３４２の下面に設けられ、リング３３８の内側ショルダ３４６内に載置されている。ガス噴射口又はノズル３２は、リング３３８の縦方向の内面３４９に形成されている。各噴射ノズル３２へのガス流は、別体のバルブ３５０により個別に制御され、各ノズル３２には、各々１つのバルブ３５０がある。ガスパネル３６から供給される処理ガスは、リング３３８上に形成された入口ポート３５４に接続されたガス供給ライン３５２を通じて流れる。リング３３８に形成されたガス供給出口３５６は、入口ポート３５４で受けられた処理ガスを排出する。一連の分断可能なガス流路３５８は、処理ガスが各々のガス供給出口又はポート３５６から対応するバルブ３５０の組へ通流するリング３３８の周囲の外側の直列接続を形成する。
【００３３】
好ましい一実施形態において、各バルブ３５０は、空気圧で制御されると共に、流入口ポート３５０ａ及び流出口ポート３５０ｂと、制御ガス入口ポート３５０ｃ及び空気圧制御入口ポート３５０ｄとを有している。出口ポート３５０ｃは、制御された処理ガス流を対応するノズル３２の１つに供給する。処理ガスは、流入口ポート３５０ａから流出口ポート３５０ｂへ自由に流れる。制御入口ポート３５０ｄの圧縮空気圧は、流入口ポート３５０ａ、流出口ポート３５０ｂを通過するいずれのガスをガス出口ポート３５０ｃへ迂回させるかを決定する。このような空気圧で制御されるバルブは周知のものであり、そのためここではそれらの内部構造は開示されない。ガス流路３５８−１、３５８−２は、ガス供給出口３５６−１、３５６−２からバルブ３５０−１、３５０−２の流入口ポート３５０ａへ接続されている。残りのガス流路３５８の各々は、１つのバルブ３５０の流出口ポート３５０ａから連続するバルブ３５０の流入口ポート３５０ｂへ接続されている。こうして、図２８の図面の左側にある一連のバルブ３５０を通して流れるガス流は、反時計回りに流れる一方、図２８の図面の右側にある一連のバルブ３５０を通して流れるガス流は、時計回りに流れる。
【００３４】
各出口ポート３５６からそれに接続される一連のバルブ３５０へのガス流は、その系列内に介在するどのバルブ３５０にも遮られない。各バルブ３５０は、対応するガス噴射口３２へガス流を供給する他のどのバルブ３５０を開閉することなく、「開」にすることができ、また、その噴射口へのガス流を遮断するために「閉」にすることができる。バルブ構成プロセッサ３６０は、すべてのバルブ３５０を制御し、バルブ制御リンク３６２を介してバルブ３５０のいかなる組合せをも開閉することができる。上述したように、好ましい一実施形態においては、バルブ３５０は、空気圧バルブであり、制御リンク３６２は、コイルアンテナ２０、２２付近の導電体の存在を回避するための空気圧（エア）チューブである。図２８の実施形態において、コンプレッサ３６４は、圧縮した空気を、各々の空気圧バルブ３５０の空気圧制御入口３５０ａへの圧縮空気の付与を調整するソレノイド（つまり、電気的に制御された）バルブ３６５へ供給する。バルブ構成プロセッサ３６０は、ソレノイドバルブ３６５をコイルアンテナ２０、２２から離れた電気的連結を介して制御する。
【００３５】
図２９は、図２８の実施形態の変形例を示し、ここでは、バルブ３５０は、空気圧で制御されるのではなく、各々電気的に制御されている。図２９において、各々の制御リンク３６２は、コントローラ３６０から対応する１つのバルブ３５０へ直接延びる電気配線であり、エアコンプレッサ３６４及び圧縮空気ソレノイドバルブ３６５は省略されている。
【００３６】
図２７及び図２８に戻って、各噴射口３２は、リング３３８を通り放射状の円筒形通路３６６から形成されている。中空円筒形スリーブ３６８は、通路３６６内で受け止められ、スリーブ３６８の端部３６８ａがガス噴射口を形成している。端部３６８ａでの噴射口の径は、約０．０３０インチである。各スリーブ３６８は、セラミック材料で形成されてもよく、また取り外し可能であってもよい。各バルブ３５０の制御ガス出口ポート３５０ｃは、短いガス供給ライン３７０を介して対応する放射状通路３６６の外側端部に接続されている。ガス分配アセンブリの全体は、モジュール式になっており、外側ガス供給ライン３５８及び短いガス供給ライン３７０の各々の接続（又は分断）により素早く分解でき、スリーブ３６８は、別個に孔３６６から取り外し可能である。このように、リング３３８に支持されているガス分配部品及びアセンブリは、各々簡単に個別に交換でき、例えば、リング３３８のようなより高価なリアクタの部品の取り外しや交換を必要とすることがない。
【００３７】
図３０Ａ〜図３０Ｄは、図２７及び図２８のリアクタで実施されたエッチング処理の定められた時間内に得られたマスク１８上のエッチング深さ分布を、異なるバルブ構成ごとに示すグラフである。図３０Ａのエッチング分布は、すべてのバルブ３５０が開放されたときに得られたもので、概して中央部で低いエッチング分布であり、マスク表面全体に亘って０．５１％という高い不均一性又はばらつきを示している。図３０Ｂの分布は、一対の隣接したバルブ３５０ａ、３５０ｂを閉じると共に残りのバルブ３５０を開放したときに得られたもので、よりほぼ均一な分布であり、わずか０．３８％の不均一性又はばらつきとなっている。図３０Ｃは、すべてのバルブ３５０を開放した状態のバルブ構成に再び戻して得られた。図３０Ｃの分布は、中央部でより低くなっている。図３０Ｄの分布は、隣接した異なる一対のバルブ３５０ｃ、３５０ｄを閉じることで得られた。得られた分布は、より均一であると共により中央部で低い傾向が抑えられ、わずか０．４０％のばらつきとなった。
【００３８】
図３１は他の実施形態を示し、ここでは、ガス噴射ノズル３２がジグザグ又は「Ｗ」パターンにリング３３８内に配置されている。各ノズルは、上述の実施形態と同様、個別に制御されている。噴射パターンは、ノズルの上部列３２ａのみ又は下部列３２ｂのみを作動させることにより、天井に対して移動させることが可能である。ノズル間の距離は、選択されたノズル３２のみ（例えば、３つおきのノズル又は４つおきのノズル）を作動させることにより変更することができる。図３２は、リング３３８の一部の断面図であり、ノズル３２が異なる方向へ噴射するように配置される様子を表わしている。ガス分布の大きな変化は、バルブ構成コントローラ３６０によって、例えば、特定の方向を向いたノズル３２のみをオンにすることにより得られることが可能である。例えば、図３２の図面の右を向いた角度のノズル３２ｃすべてをオンにし、他のすべてを除外することが可能である。例えば、すべての左に角度を付けられたノズル３２ｄをオンにすると共に、すべての右に角度をつけられたノズル３２ｃを含む他のすべてをオフにすることにより、大きな変化又は修正を得ることが可能である。
【００３９】
裏面エッチング深さ測定センサからのフィードバックを伴う調整可能なリアクタ要素の制御
図３３及び図３４に示すように、図２５及び図２６に示す裏面エッチング深さセンサの２次元アレイの出力を用い、マスクエッチングプラズマリアクタの調整可能要素のフィードバック制御が提供される。調整可能要素又は複数の要素は、個々に制御される図２７及び図２８のガス噴射ノズル３２のアレイであることが可能である。これに代えて、あるいは、これに加えて、このようなフィードバックループ内で制御される調整可能要素は、図６及び図７のリアクタにおいて、内側及び外側コイル２０、２２間のＲＦ電力配分、又は可動アルミニウム板１１２の高さを含むことが可能である。
【００４０】
図２５及び図２６のエッチング深さ検出素子１３０のアレイ又はマトリクスからのフィードバックによって、処理コントローラ６０は、エッチング速度分布の均一性をリアクタの調整可能要素の連続的な試行錯誤調整により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及び図２６の裏面エッチング深さ検出器１３０のアレイ４００で開始する。処理コントローラ６０は、マスク１８上のエッチング速度における不均一性の位置と大きさを推測し、そして、そのような不均一性を抑制するあるいは解消するリアクタの特定の調整可能要素において最も起こりそうな変化を推定するために、マスク１８全体に亘り即時にエッチング深さ計測した画像を用いるようにプログラムされている。この情報は、プロセッサ６０により、リアクタの調整可能要素のうちのいずれか１つ、又はいくつか、又はすべてに送られる命令（又は複数の命令）に変換される。このように、図３３は、処理コントローラ６０から以下に示す調整可能要素への出力信号経路を示しており、そのいずれか１つ又はすべては、リアクタ中に存在することが可能である。調整可能要素は：内側及び外側アンテナＲＦ電力発生器２４、２６（内側及び外側ＲＦ電力配分用）；可動アルミニウム板１１２用アクチュエータ１１０；制御可能ノズル３２のアレイ用ノズルアレイコントローラ３６０である。
【００４１】
フィードバックループは、マスク１８全体に亘るエッチング速度分布の均一性を改善するように全マスクエッチング処理を通じて連続的に動作するようにしてもよく、それによりマスク１８上のエッチング速度分布の「画像」からプロセッサ６０によって認識される不均一性を改善する。フィードバックは、試行錯誤補正を行なうプロセッサ６０内のソフトウェアにより管理されることが可能である。これに代えて、プロセッサ６０内のソフトウェアは、認識したエッチング速度分布の不均一性に対してプロセッサ６０がより高い処理能力をもって反応できるように、市販の神経トレーニング−フィードバック学習技術を組み込むことが可能である。このようなソフトウェア技術は、本発明の一部を構成するものではない。
【００４２】
一実施形態において、調整可能要素（又は複数の要素）へのフィードバック命令は、エッチング深さセンサのアレイ中のばらつきを抑制するように生成されることが可能である。別の実施形態においては、フィードバックは、特定の不均一性に対処するために選択されることが可能である。例えば、センサ１３０のアレイにより検出されたエッチング速度分布は、マスク１８の１つの象限又は角部において非常に高いことがあり、この場合、バルブ構成プロセッサは、限定された（試験的な）量だけその１つの象限内のガス流を減少するよう命令される。この方策が、裏面センサ１３０のアレイから得られた後続のエッチング速度分布の画像によれば、限定的な効果しか挙げない場合、このガス流分布の調整を増大させることが可能である。この調整と補正のサイクルは、エッチング速度分布均一性に改善が見られなくなるようになるまで継続することが可能である。
【００４３】
他の不均一性は、最初のものが補正された後、同様にして取り扱えばよい。例えば、異なる位置のエッチング速度が非常に高いことがあるが、その場合、その位置へのガス流は、それによりこの不均一性が、裏面センサ１３０のアレイからのエッチング速度分布「画像」の多数のサンプルに比べて一定の減少をみせる限り、減少させられる。
【００４４】
エッチング速度分布の不均一性が対称である場合（例えば、中央部で高い又は中央部で低い分布の場合）、アルミニウム板１１２の高さ、又は内側及び外側コイル２０、２２間のＲＦ電力配分等、対称性を持つ調整可能要素が、プロセッサ６０によりフィードバック制御ループを用いて不均一性を減少させるために用いられることが可能である。例えば、中央部で低いエッチング速度分布は、プロセッサ６０によって、アルミニウム板１１２を上昇させ、及び／又は、内側コイル２０への（外側コイル２２に対する）ＲＦ電力の配分を増加させて、マスク１８の中央部におけるエッチング速度を増加させることによって、不均一性が減少される。フィードバックループにおいて、この変化は、初期には小さくてもよく、裏面センサ１３０のアレイからのエッチング速度分布画像で均一性が改善されるにつれて、アルミニウム板及び／又は内側コイル２０への電力の配分を更に増加させることが可能である。このサイクルは、更なる改善が観察されなくなるまで継続することが可能である。上記技術のすべては、処理コントローラ６０により実行されるソフトウェア内に組み込まれることが可能である。
【００４５】
図３５は、図３３及び図３４の実施形態における処理コントローラ６０によって実行されるフィードバックサイクルの１つの可能な例を示している。まず、プロセッサ６０は、裏面センサ１３０のアレイからエッチング速度の最新の２次元画像をマスク表面全面に亘って取得する（図３５のブロック３８０）。この画像から、プロセッサ６０は、エッチング速度分布における不均一性のパターンを推定し（ブロック３８２）、その不均一性を減少する選択肢のリストから、リアクタの調整可能要素のうち１つの調整を選択する（ブロック３８４）。この調整を行なった後（ブロック３８６）、プロセッサ６０は、最新のエッチング速度分布画像を取得し（ブロック３８８）、それを調整前に獲得した先の画像と比較する。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、恐らく同じ効果の調整において更なる向上が得られる。改善がない場合（ブロック３９０でＮＯの場合）、選択された調整は、選択肢のリストから除外され（ブロック３９２）、ブロック３８４のステップに戻って異なる調整が選択される。
【００４６】
以上の説明は、本発明の実施形態のいくつかに向けられているが、その基本的範囲から逸脱することなく本発明の他の及び追加的な形態が実施されてもよく、また、その範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
本発明の典型的な実施形態が得られ、詳細に理解されることができるように、上記で簡潔に要約された本発明のより具体的な説明は、その実施形態への参照によって理解されることが可能であり、それは添付図面に例示されている。ある周知の処理は、本発明を不明瞭にしないように、ここでは説明されない。
【００４８】
【図１】マスクエッチング処理を行なうプラズマリアクタを示す図である。
【図２Ａ】図１のリアクタの下部を示す図である。
【図２Ｂ】上昇させられた位置の図１のリアクタのマスク支持土台を示す図である。
【図３】図１のリアクタの陰極の平面図である。
【図４】〜
【図５】陰極の他の実施形態の平面及び側面図である。
【図６】〜
【図７】陰極の他の実施形態の平面及び側面図である。
【図８】裏面終了点検出装置を有するプラズマリアクタの簡略図である。
【図９】〜
【図１０】マスクの上面及び裏面から各々得られる光学終了点検出信号のグラフである。
【図１１】〜
【図１２】マスクの上面及び裏面から各々得られる干渉縞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において得られる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、全体的な反射光強度に基づく裏面終了点検出を伴う図８のリアクタの実施形態を示す図である。
【図１５】図１２に対応する、干渉縞計数に基づく裏面終了点検出を伴う図８のリアクタの実施形態を示す図である。
【図１６】多波長干渉分光測定に基づく裏面終了点検出を伴う図８のリアクタの実施形態を示す図である。
【図１７】発光分光（ＯＥＳ）に基づいた裏面終了点検出を伴う図８のリアクタの実施形態を示す図である。
【図１８】ＯＥＳ及び干渉の両方に基づいた裏面終了点検出を有する例を示す図である。
【図１９】〜
【図２０】図１８の実施形態の陰極及び表面板の各々の斜視図である。
【図２１】図１９の陰極の断面図である。
【図２２Ａ】〜
【図２２Ｂ】裏面終了点検出を利用する石英マスクエッチング処理におけるステップのシーケンスを示す図である。
【図２３Ａ】〜
【図２３Ｅ】裏面終了点検出を利用するクロム−モリブデンシリサイド−石英マスクエッチング処理におけるステップのシーケンスを示す図である。
【図２４Ａ】〜
【図２４Ｅ】裏面終了点検出を利用するクロム−石英マスクエッチング処理におけるステップのシーケンスを示す図である。
【図２５】〜
【図２６】リアルタイムのエッチング速度分布がマスクの裏面から連続的に測定される実施形態の側面及び平面図である。
【図２７】〜
【図２８】個々に制御可能なガス噴射ノズルのアレイを有する実施形態の斜視及び平面図である。
【図２９】空気圧バルブを利用する図２７及び図２８の実施形態の実施の平面図である。
【図３０Ａ】〜
【図３０Ｄ】作動された図２７及び図２８のバルブのアレイのうちの異なる１つで得られるマスクに亘るエッチング深さ分布のグラフである。
【図３１】図２７及び図２８のリアクタの他の実施形態を示す図である。
【図３２】図２７及び図２８のリアクタの他の実施形態を示す図である。
【図３３】〜
【図３４】エッチング速度分布の瞬間的二次元画像に基づいたリアクタの調整可能要素のリアルタイムフィードバック制御を行なうことが可能な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及び図３４のリアクタにおいて行なわれることが可能であるフィードバック制御処理のブロック図である。
【００４９】
理解を容易にするために、図面間で共通する同一の要素を指定するためには可能な限り同一の参照符号が使用されている。一実施形態の要素及び構成が、更なる記述なしに、他の実施形態に有益に組み込まれることが可能であると意図されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態だけを例示し、従ってその範囲を限定するものとは解釈されず、本発明に対して他の等しく有効な実施形態を認めることが可能である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２３Ｄ】
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【図２３Ｅ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２４Ｄ】
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【図２４Ｅ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３０Ｄ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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