(57)【要約】【課題】【解決手段】ガス排気副生成物測定システムが提供される。ガスチャンバは、排気出力からの排気を受け取るように構成される。光源、光検出器、および少なくとも１つの光学素子は、光源からの光ビームが光検出器に達する前に少なくとも１つの光学素子に複数回向けられるように位置決めされる。少なくとも１つのヒータは、少なくとも１つの光学素子に熱を供給する。複数のパージガスノズルは、光学キャビティと流体接続している。高流量ラインは、パージガス源と複数のパージガスノズルとの間に流体接続している。低流量ラインは、パージガス源と複数のパージガスノズルとの間に流体接続している。少なくとも１つの流量コントローラは、高流量および低流量を含む複数の流量を管理する。【選択図】図５
2020532712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバの排気ポンプからの排気出力に取り付け可能なガス排気副生成物測定システムであって、
前記排気出力からの排気を受け取るように構成されたガスチャンバであって、前記ガスチャンバは、光学キャビティをさらに含み、前記排気は、前記光学キャビティを通過するガスチャンバと、
少なくとも１つの光学素子と、
光源と、
光検出器であって、前記少なくとも１つの光学素子、光源、および光検出器は、前記光源からの光ビームが前記光検出器に達する前に前記少なくとも１つの光学素子に複数回向けられるように位置決めされる光検出器と、
前記少なくとも１つの光学素子に熱を供給するための少なくとも１つのヒータであって、前記少なくとも１つの光学素子が前記少なくとも１つのヒータによって加熱される少なくとも１つのヒータと、
パージガス源と、
前記光学キャビティと流体接続している複数のパージガスノズルと、
前記パージガス源と前記複数のパージガスノズルとの間に流体接続している高流量ラインと、
前記パージガス源と前記複数のパージガスノズルとの間に流体接続している低流量ラインであって、前記低流量ラインの少なくとも一部は、前記高流量ラインに平行である低流量ラインと、
高流量および低流量を含む複数の流量を管理するための少なくとも１つの流量コントローラと
を備える、ガス排気副生成物測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載のガス排気副生成物測定システムであって、
前記少なくとも１つの光学素子は、第１の光学素子を含み、前記光ビームは、前記第１の光学素子上の複数の照明領域に向けられ、前記複数のパージガスノズルは、前記第１の光学素子上の前記複数の照明領域にパージガスを選択的に向ける、ガス排気副生成物測定システム。
【請求項３】
請求項１に記載のガス排気副生成物測定システムであって、
前記少なくとも１つの光学素子は、ミラーを含む、ガス排気副生成物測定システム。
【請求項４】
請求項１に記載のガス排気副生成物測定システムであって、
前記パージガス源は、Ｎ2、Ａｒ、または空気の少なくとも１つを含むガスを供給する、ガス排気副生成物測定システム。
【請求項５】
請求項１に記載のガス排気副生成物測定システムであって、
前記少なくとも１つの光学素子は、第１の光学素子と、第２の光学素子とを備え、前記第１および第２の光学素子は離間しており、前記第１および第２の光学素子の間に前記光学キャビティが存在している、ガス排気副生成物測定システム。
【請求項６】
請求項１に記載のガス排気副生成物測定システムであって、
前記高流量がパルス化され、一方で、前記低流量が一定である、ガス排気副生成物測定システム。
【請求項７】
請求項１に記載のガス排気副生成物測定システムであって、
前記光源は、ＩＲ光源であり、前記光検出器は、ＩＲ検出器であり、前記少なくとも１つの光学素子は、ＩＲ光学素子である、ガス排気副生成物測定システム。
【請求項８】
請求項１に記載のガス排気副生成物測定システムであって、
前記少なくとも１つの光学素子は、第１の光学素子を含み、前記光ビームは、前記第１の光学素子の円周に配置された複数の照明領域に向けられ、前記複数のパージガスノズルは、前記第１の光学素子上の前記複数の照明領域にパージガスを選択的に向ける、ガス排気副生成物測定システム。
【請求項９】
請求項１に記載のガス排気副生成物測定システムであって、
前記少なくとも１つの光学素子は、第１の光学素子を含み、前記光ビームは、前記第１の光学素子上の複数の照明領域に向けられ、前記複数のパージガスノズルは、前記パージハズ源から前記第１の光学素子上の前記複数の照明領域にパージガスを選択的に向け、前記パージガスは、前記照明領域を選択的に洗浄する、ガス排気副生成物測定システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のガス排気副生成物測定システムであって、
前記少なくとも１つの光学素子は、第１の光学素子を含み、前記光ビームは、前記第１の光学素子上の複数の照明領域に向けられ、前記複数のパージガスノズルは、前記パージガス源から前記第１の光学素子上の前記複数の照明領域にパージガスを選択的に向け、前記パージガスは、前記照明領域を選択的に洗浄し、前記照明領域への堆積を低減する、ガス排気副生成物測定システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のガス排気副生成物測定システムであって、
前記高流量がパルス化され、かつ、前記低流量がパルス化される、ガス排気副生成物測定システム。
【請求項１２】
請求項１に記載のガス排気副生成物測定システムであって、
前記光検出器からの入力を受信するように接続された測定コントローラをさらに含み、
前記測定コントローラが、
少なくとも１つのプロセッサと、
前記光検出器からの入力を受信するためのコンピュータ可読コード、および、前記光検出器からの前記入力からガス副生成物濃度を決定するためのコンピュータ可読コードを含むコンピュータ可読媒体と
を備える、ガス排気副生成物測定システム。
【請求項１３】
処理チャンバ内で基板を処理する方法であって、
前記基板を乾式処理することであって、前記乾式処理は、少なくとも１つのガス副生成物を発生させることと、
前記少なくとも１つのガス副生成物を排気ポンプを通して前記処理チャンバからガスセル内に送り出すことであって、前記ガスセルは、少なくとも１つの光学素子を備えることと、
前記ガスセル内の前記少なくとも１つのガス副生成物の濃度を測定することと、
前記少なくとも１つの光学素子を加熱することと、
低流量パージガスを前記少なくとも１つの光学素子に供給することと、
パルス化された高流量パージガスを前記少なくとも１つの光学素子に供給することと
を含む、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
前記少なくとも１つのガス副生成物の前記濃度を測定することが、
光ビームを前記ガスセル内に供給することと、
前記ガスセルを通して前記光ビームを複数回反射することと、
前記光ビームが前記ガスセルを通して複数回反射された後に前記光ビームを測定することと
を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、
前記光ビームは、前記少なくとも１つの光学素子の複数の照明領域に向けられ、前記低流量パージガスおよび高流量パージガスは、前記複数の照明領域に選択的に向けられる、方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法であって、
パルス化された高流量パージガスを提供することが、前記低流量パージガスの流量の２倍を超える流量を提供する、方法。
【請求項１７】
処理チャンバの排気ポンプからの排気出力に取り付け可能なガス排気副生成物測定システムであって、
前記排気出力からの排気を受け取るように構成されたガスチャンバであって、前記ガスチャンバは、光学キャビティをさらに含み、前記排気は、前記光学キャビティを通過するガスチャンバと、
少なくとも１つの光学素子と、
光源と、
光検出器であって、前記少なくとも１つの光学素子、光源、および光検出器は、前記光源からの光ビームが前記光検出器に達する前に前記少なくとも１つの光学素子に複数回向けられるように位置決めされる光検出器と、
前記少なくとも１つの光学素子に熱を供給するための少なくとも１つのヒータであって、それにより前記少なくとも１つの光学素子が前記少なくとも１つのヒータによって加熱される少なくとも１つのヒータと、
６０００ｓｃｃｍ以下のパージガス流量を提供するパージガス源と、
前記光学キャビティと前記パージガス源との間に流体接続している複数のパージガスノズルと、
を備える、ガス排気副生成物測定システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のガス排気副生成物測定システムであって、
前記パージガス源は、３０００ｓｃｃｍ以下のパージガス流量を提供する、ガス排気副生成物測定システム。
【請求項１９】
請求項１７に記載のガス副生成物測定システムであって、
前記光ビームは、前記少なくとも１つの光学素子の複数の照明領域に向けられ、前記パージガスノズルは、前記照明領域に選択的に向けられる、ガス副生成物測定システム。
【請求項２０】
請求項１７に記載のガス副生成物測定システムであって、
前記光源は、ＩＲ光源であり、前記光検出器は、ＩＲ検出器であり、前記少なくとも１つの光学素子は、ＩＲ光学素子である、ガス副生成物測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１７年８月３０日に出願された米国出願第１５／６９１，４０５号の優先権の利益を主張する。この言及により、前記米国出願があらゆる目的のために本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、半導体デバイスの製造に関する。より具体的には、本開示は、半導体デバイスの製造に使用されるエッチングに関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体ウエハの処理中、ケイ素含有層が選択的にエッチングされる。ケイ素含有層のエッチング中には、エッチング速度、エッチングＣＤ、エッチングプロファイル、およびウエハごとまたはチャンバごとのエッチング均一性を測定することが望ましい。エッチングプロセスによって生成された副生成物の濃度の測定には、ＩＲ吸収を利用できる。エッチングの副生成物、塵、および他の汚染物質が光学素子に堆積することで、ＩＲ吸収の測定精度を低下させ、副生成物濃度の測定精度を低下させる場合がある。副生成物濃度の測定精度を維持することが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
前述を達成するために、および本開示の目的に従って、処理チャンバの排気ポンプからの排気出力に取り付け可能なガス排気副生成物測定システムが提供される。ガスチャンバは、排気出力からの排気を受け取るように構成され、ガスチャンバは、光学キャビティをさらに含み、排気は、光学キャビティを通過する。光源、光検出器、および少なくとも１つの光学素子は、光源からの光ビームが光検出器に達する前に少なくとも１つの光学素子に複数回向けられるように位置決めされる。少なくとも１つのヒータは、少なくとも１つの光学素子に熱を供給し、それにより少なくとも１つの光学素子が少なくとも１つのヒータによって加熱される。複数のパージガスノズルは、光学キャビティと流体接続している。高流量ラインは、パージガス源と複数のパージガスノズルとの間に流体接続している。低流量ラインは、パージガス源と複数のパージガスノズルとの間に流体接続しており、低流量ラインの少なくとも一部は、高流量ラインに平行である。少なくとも１つの流量コントローラは、高流量および低流量を含む複数の流量を管理する。
【０００５】
別の明示において、処理チャンバ内で基板を処理する方法が提供される。基板は、乾式処理され、乾式処理は、少なくとも１つのガス副生成物を発生させる。少なくとも１つのガス副生成物は、排気ポンプを通して処理チャンバからガスセル内に送り出され、ガスセルは、少なくとも１つの光学素子を備える。ガスセル内の少なくとも１つのガス副生成物の濃度が測定される。少なくとも１つの光学素子は、加熱される。低流量パージガスは、少なくとも１つの光学素子に供給される。パルス化された高流量パージガスは、少なくとも１つの光学素子に供給される。
【０００６】
別の明示において、処理チャンバの排気ポンプからの排気出力に取り付け可能なガス副生成物測定システムが提供される。ガスチャンバは、排気出力からの排気を受け取るように構成され、光学キャビティを含み、排気は、光学キャビティを通過する。光源、光検出器、および少なくとも１つの光学素子は、光源からの光ビームが光検出器に達する前に少なくとも１つの光学素子に複数回向けられるように位置決めされる。少なくとも１つのヒータは、少なくとも１つの光学素子に熱を供給し、それにより少なくとも１つの光学素子が少なくとも１つのヒータによって加熱される。パージガス源は、６０００ｓｃｃｍ以下のパージガス流量を提供する。複数のパージガスノズルは、光学キャビティとパージガス源との間に流体接続している。
【０００７】
以下、本開示のこれらの特徴および他の特徴を、本開示の詳細な説明において下記の図と併せてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示は、添付の図面の図において、限定としてではなく例として示されている。これらの図において、同様の参照番号は、同様の要素を指す。
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態で使用することができるプラズマ処理チャンバの一例を概略的に示す図である。
【００１０】
【図２】図２は、コントローラの実装に適したコンピュータシステムを示す高レベルブロック図である。
【００１１】
【図３】図３は、図１に示す実施形態のガスセルのより詳細な概略図である。
【００１２】
【図４】図４は、図３に示す第２のパージリングおよび第２のミラーの切断線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
【００１３】
【図５】図５は、一実施形態で使用されるパージガスシステムの概略図である。
【００１４】
【図６】図６は、１２個のノズルを備えた上記の実施形態と、２４個の照明領域を用い２４個のノズルを備えた一実施形態との比較試験を示すグラフである。
【００１５】
【図７】図７は、ガスセルの別の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
これより、本開示は、添付の図面に示されるいくつかの好ましい実施形態を参照して詳細に説明される。以下の説明では、本開示の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が述べられている。しかしながら、これらの特定の詳細の一部またはすべてがなくても本開示を実施できる可能性があることは、当業者には明らかであろう。他の例では、本開示を不必要に曖昧にしないために、周知の工程および／または構造は詳細には説明されていない。
【００１７】
一実施形態は、フッ化炭素ベースの化学物質を使用するとき、ほとんどのケイ素含有エッチング物（窒化物、酸化物、ポリ、およびケイ素膜）の直接的な副生成物であるＳｉＦ4もしくはＳｉＢｒ4、またはＳｉＣｌ4もしくは他のＳｉＸ4副生成物の絶対測定に依存している。測定をエッチングモデル（ＸＳＥＭ画像に基づくＳｉＦ4マスバランスまたはＸＳＥＭ画像でキャリブレーションされたフィーチャプロファイルシミュレーションモデル）と組み合わせることによって、終点、深さの関数としてのＥＲ、平均ウエハ選択性、および特定の条件における均一性を予測することができる。正確な予測のために、ＳｉＦ4副生成物は、１０億分の１レベルの検出を可能にする量子カスケードレーザ分光法を使用したＩＲ吸収を使用して検出される。
【００１８】
本開示は、エッチングプロセスを制御するために、ＳｉＦ4 ＩＲ吸収と結び付けられたエッチングプロファイルモデリングを組み合わせる方法および装置を説明する。この方法は、ＤＲＡＭセルのエッチングならびに３Ｄ−ＮＡＮＤホールおよびトレンチのパターニングなどの高アスペクト比用途において、発光分光法などの従来の方法の範囲を超えて終点機能の拡張を可能にする。絶対密度測定とエッチングプロファイル発光モデリングの組合せにより、実行ごとの（ｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎ）プロセス整合を達成するために使用できるエッチングプロセスパラメータ（ＥＲ、選択性、および均一性など）をｉｎ-ｓｉｔｕで追加決定することが可能になる。
【００１９】
一実施形態では、エッチングプロセスは、直接的な安定した副生成物を測定することによって特徴付けられ、このような副生成物は、１）プロセス／ＣＤ制御のための高アスペクト比ＤＲＡＭおよび３Ｄ−ＮＡＮＤエッチングの終点を決定するために使用することができ、２）将来のノードの終点検出をスケーリングする方法とすることができ、３）ａ）平均ウエハＥＲおよび深さの関数としてのＥＲ（ＡＲＤＥ）、ｂ）平均ウエハ均一性および選択性をｉｎ-ｓｉｔｕで決定することができるモデルと組み合わせることができ、さらに、ｃ）両方の測定値を実行ごとの整合（ｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎ  ｍａｔｃｈｉｎｇ）および故障検出に使用することができ、４）正確なエッチング終点およびエッチングパラメータ推定のために必要とされるｐｐｂレベルの検出限界を達成するために、高感度量子カスケードレーザ分光法に使用することができる。
【００２０】
図１は、一実施形態に従ってケイ素含有層をエッチングするプロセスを実施するために使用することができるプラズマ処理チャンバ１００の一例を概略的に示している。プラズマ処理チャンバ１００は、内部にプラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４を有するプラズマ反応器１０２を含む。整合ネットワーク１０８によって調節されるプラズマ電源１０６は、電力窓１１２の近くに位置するＴＣＰコイル１１０に電力を供給し、誘導結合電力を供給することによってプラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４内にプラズマ１１４を発生させる。ＴＣＰコイル（上部電源）１１０は、プラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４内に均一な拡散プロファイルを生じさせるように構成されてもよい。例えば、ＴＣＰコイル１１０は、プラズマ１１４にトロイダル電力分布を生成するように構成されてもよい。電力窓１１２は、ＴＣＰコイル１１０をプラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４から分離するように、かつエネルギーをＴＣＰコイル１１０からプラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４に通過させることが可能であるように設けられる。整合ネットワーク１１８によって調節されたウエハバイアス電圧電源１１６は、電力を電極１２０に供給し、電極１２０によって支持されている基板１６４にバイアス電圧を設定する。コントローラ１２４は、プラズマ電源１０６、ガス源／ガス供給機構１３０、およびウエハバイアス電圧電源１１６の点を設定する。電極１２０は、プラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４内の基板１６４を支持するために使用される。
【００２１】
プラズマ電源１０６およびウエハバイアス電圧電源１１６は、例えば、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、２ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、２００ｋＨｚ、２．５４ＧＨｚ、４００ｋＨｚ、および１ＭＨｚ、またはそれらの組合せなどの特定の無線周波数で動作するように構成されてもよい。プラズマ電源１０６およびウエハバイアス電圧電源１１６は、所望のプロセス性能を達成するために、一定範囲の電力の供給に適切なサイズにすることができる。例えば、一実施形態では、プラズマ電源１０６は、５０〜５０００ワットの範囲の電力を供給してもよく、ウエハバイアス電圧電源１１６は、２０〜２０００Ｖの範囲のバイアス電圧を供給してもよい。最大４ｋＶまたは５ｋＶのバイアスの場合、２５ｋＷ以下の電力が供給される。加えて、ＴＣＰコイル１１０および／または電極１２０は、２つ以上のサブコイルまたはサブ電極で構成されてもよく、単一の電源または複数の電源によって給電されてもよい。
【００２２】
図１に示すように、プラズマ処理チャンバ１００は、ガス源／ガス供給機構１３０をさらに含む。ガス源１３０は、シャワーヘッド１４０などのガス入口を通じてプラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４と流体接続している。ガス入口は、プラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４内の任意の有利な場所に位置させることができ、ガスを注入するための任意の形態とすることができる。しかしながら、好ましくは、ガス入口は、プラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４内の複数のゾーンに向かうガスのそれぞれの流れを個別に調整可能である「調節可能な」ガス注入プロファイルを形成するように構成されてもよい。プロセスガスおよび副生成物は、圧力制御バルブ１４２およびポンプ１４４を介してプラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４から除去される。圧力制御バルブ１４２およびポンプ１４４は、プラズマ処理閉じ込めチャンバ１０４内の特定の圧力を維持する役割も果たしている。ガス源／ガス供給機構１３０は、コントローラ１２４によって制御される。実施形態の実施には、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐ．によるＫｉｙｏを使用してもよい。他の例として、実施形態の実施には、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐ．による、容量結合を使用するＦｌｅｘを使用してもよい。
【００２３】
この実施形態では、ガスセル１３２がポンプ１４４の後の排気管１４６に接続されており、排気ガスがガスセル１３２に流入する。光源１３４は、ガスセル１３２の窓に隣接して位置決めされ、それにより光源１３４からの光ビームがガスセル１３２内に向けられる。ｐｐｂレベルまたはさらに低い１００分の１ｐｐｔの検出限界を達成するために、光ビームは、ガスセルを複数回（通常、１ｍを超える距離）通過可能である。光は、ガスセル内を進行するときにガスによって吸収される。光検出器１３６は、ガスセル１３２の別の窓に隣接して位置決めされ、光吸収レベルを測定する。別の実施形態では、光検出器１３６を光源１３４に隣接して配置し、それにより光検出器１３６および光源１３４が同じ窓を使用するようにしてもよい。
【００２４】
図２は、実施形態で使用されるコントローラ１２４の実装に適したコンピュータシステム２００を示す高レベルブロック図である。コンピュータシステムは、集積回路、プリント基板、および小型のハンドヘルドデバイスから巨大なスーパコンピュータに至る多くの物理的形態を有することがある。コンピュータシステム２００は、１つまたは複数のプロセッサ２０２を含み、電子ディスプレイデバイス２０４（グラフィックス、テキスト、および他のデータを表示するためのもの）、メインメモリ２０６（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、ストレージデバイス２０８（例えば、ハードディスクドライブ）、リムーバブルストレージデバイス２１０（例えば、光ディスクドライブ）、ユーザインターフェースデバイス２１２（例えば、キーボード、タッチスクリーン、キーパッド、マウスまたは他のポインティングデバイスなど）、および通信インターフェース２１４（例えば、ワイヤレスネットワークインターフェース）をさらに含むことができる。通信インターフェース２１４は、ソフトウェアおよびデータがリンクを介してコンピュータシステム２００と外部デバイスとの間で転送されることを可能にする。通信インターフェース２１４はまた、システムの設定を調整または変更してシステムを監視し、そのライブパフォーマンスを最適化するために使用されてもよい。システムはまた、前述の各種デバイス／モジュールが接続される通信インフラストラクチャ２１６（例えば、通信バス、クロスオーバー・バー、またはネットワーク）を含んでもよい。
【００２５】
通信インターフェース２１４を介して転送される情報は、信号を搬送する通信リンクを介して、通信インターフェース２１４により受信可能な電子信号、電磁気信号、光学信号、または他の信号などの信号の形態であってもよく、ワイヤもしくはケーブル、光ファイバ、電話回線、携帯電話リンク、無線周波数リンク、および／または他の通信チャネルを使用して実現されてもよい。そのような通信インターフェースにより、１つまたは複数のプロセッサ２０２は、上述の方法ステップを実施する過程でネットワークから情報を受信するか、またはネットワークに情報を出力し得ると考えられる。さらに、方法の実施形態は、プロセッサ上でのみ実行されてもよく、または処理の一部を共有するリモートプロセッサと連動してインターネットなどのネットワーク上で実行されてもよい。
【００２６】
「非一時的コンピュータ可読媒体」という用語は、一般に、メインメモリ、二次メモリ、リムーバブルストレージ、ならびにハードディスク、フラッシュメモリ、ディスクドライブメモリ、ＣＤ−ＲＯＭおよび他の形態の永続メモリのようなストレージデバイスなどの媒体を指すために使用されるものであり、搬送波または信号などの一時的な対象を網羅すると解釈されるべきではない。コンピュータコードの例は、コンパイラによって作成されるようなマシンコード、およびインタープリタを使用してコンピュータによって実行される高レベルコードを含むファイルを含む。コンピュータ可読媒体はまた、搬送波に組み込まれたコンピュータデータ信号によって送信され、プロセッサによって実行可能な一連の命令を表すコンピュータコードであってもよい。
【００２７】
図３は、図１に示す実施形態のガスセル１３２のより詳細な概略図である。排気管１４６は、ポンプの出力から延びている。ガスセル１３２は、ガスチャンバ３０４と、第１のミラー３０８と、第２のミラー３１２とを備える。ガスチャンバ３０４、第１のミラー３０８、および第２のミラー３１２は、光学キャビティ３１６を画定する。排気管１４６は、排気をガスチャンバ３０４内の光学キャビティ３１６に流入させ、次いで出力ポート３２０を通して光学キャビティ３１６から流出させる。この実施形態では、光学キャビティ３１６に出入りする排気の流れは、直線経路に沿っている。光源１３４は、この実施形態では量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）ＩＲ光源であり、第１のミラー３０８の窓３２８に隣接して設けられる。出力ファイバ３３２は、ＩＲ検出器である光検出器１３６と、光学キャビティ３１６との間に第２のミラー３１２を通して光学的に接続される。光は、直接結合してガスセルに入るか、または光ファイバを通じて結合することができる。ヒータ３３６は、第１のミラー３０８および第２のミラー３１２に隣接して載置される。ヒータ３３６の１つまたは複数は、熱センサを有し得る。ヒータ３３６は、コントローラに電気的に接続され、コントローラによって制御されてもよく、温度データをコントローラに提供してもよい。第１のパージリングチャネル３４２を備えた第１のパージリング３４０、および第２のパージリングチャネル３４６を備えた第２のパージリング３４４が設けられており、これらはガスチャンバ３０４を囲んでいる。第１のパージリング３４０は、第１のミラー３０８に隣接し、第１のパージガス入力３４８を有する。第２のパージリング３４４は、第２のミラー３１２に隣接し、第２のパージガス入力３５２を有する。第１のパージリング３４０および第２のパージリング３４４は、複数のパージガスノズル３５６を通じてガスセル１３２および光学キャビティ３１６と流体連通している。
【００２８】
図４は、図３に示す第２のパージリング３４４および第２のミラー３１２の切断線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。この例では、１２個のパージガスノズル３５６が第２のパージリング３４４によって提供される。この例では、光源、第１のミラー、第２のミラー、および光検出器は、光ビームが第２のミラー３１２の１２個の照明領域４０４に向けられるように位置決めされる。前記１２個の照明領域の１つは、出力ファイバ３３２に位置する。この例では、照明領域４０４は、第２のミラー３１２の円周にリング状に設けられる。１２個のパージガスノズル３５６は、パージガスを第２のミラー３１２の他の領域よりも照明領域に選択的に向けるように位置決めされる。例えば、第２のミラー３１２の中央領域４０８は照明領域を有さないため、照明領域４０４に達するパージガスは、中央領域４０８に達するパージガスよりも高い圧力にある。図３は、光ビーム３６０が第１のミラー３０８と第２のミラー３１２との間で照明領域の間を複数回反射される様子を示している。この例では、反射は、照明領域を利用して円を描く。
【００２９】
図５は、一実施形態で使用されるパージガスシステム５０４の概略図である。パージガスシステム５０４は、パージガス源５０８と、高流量ライン５１２と、高流量ライン５１２に少なくとも部分的に平行である低流量ライン５１６と、高流量ライン５１２と低流量ライン５１６との間で流量を切り替えて低流量およびパルス化された高流量を提供するための少なくとも１つのスイッチとを備える。この実施形態では、低流量ライン５１６は、低流量を提供する低流量オリフィス５２０を備える。高流量ライン５１２は、高流量ラインバルブ５２４と、高流量オリフィス５２８とを備える。低流量ライン５１６および高流量ライン５１２は、少なくとも部分的に平行であり、その後合流してバルブ５３２への入力を提供する。バルブ５３２の出力は分割され、第１のパージガス入力３４８および第２のパージガス入力３５２への入力として提供される。この実施形態では、高流量ラインバルブ５２４およびバルブ５３２は、高流量ラインと低流量ラインとの間で流量を切り替えて低流量およびパルス化された高流量を提供するためのスイッチとして使用することができる。この例では、高流量ライン５１２に切り替えても、パージガスは低流量ライン５１６を流れ続けることが可能である。しかしながら、高流量ライン５１２の流量のほうが大きいため、高流量ライン５１２が支配的である。この例では、低流量オリフィス５２０は、３００ｓｃｃｍの低流量を提供し、高流量オリフィス５２８は、３０００ｓｃｃｍの高流量を提供する。高流量ラインバルブ５２４または高流量ラインバルブ５２４とバルブ５３２の組合せのいずれかを使用して、高流量と低流量との間で流量を切り替えてパルス化された高流量を提供するためのスイッチまたは流量コントローラを提供することができる。
【００３０】
動作中、基板は、プラズマ処理チャンバ１００内で処理される。一例では、ケイ素含有層がエッチングされ、ケイ素含有副生成物ガスを形成する。ケイ素含有副生成物ガスは、ポンプによって排気として光学キャビティ３１６内に送り出される。光源１３４は、光ビーム３６０を光学キャビティ３１６内に供給する。光ビーム３６０は照明領域４０４で第１のミラー３０８と第２のミラー３１２との間で複数回反射され、その後光検出器１３６に向けられる。光検出器１３６は、出力をコントローラ１２４に提供し、コントローラ１２４は、出力を使用して、実行ごとの（ｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎ）プロセス整合を達成するために使用することができるエッチング速度（ＥＲ）、選択性、および均一性などのエッチングプロセスパラメータを決定する。この例では、コントローラ１２４は、測定コントローラとして使用され、光検出器１３６からの入力を使用してガス副生成物の濃度を決定する。ガス副生成物の濃度は、エッチングプロセスパラメータの決定に利用される。塵、粒子、および副生成物は光を回折させて光学素子の反射率または透過特性を低下させるため、このプロセス中、パージガスシステム５０４は、パージガスノズル３５６から照明領域４０４へＮ2パージガスの低流量噴流を供給して、塵、粒子、および副生成物が照明領域に到達するのを防止する。照明領域をさらに洗浄するために、パルス化された高流量のＮ2パージガスを供給してもよい。決定されたプロセスパラメータは、プロセスレシピを変更するために使用される。
【００３１】
様々な実施形態において、パージガスは、Ｎ2、Ａｒ、および空気であってもよい。Ｎ2は安価であるため、好ましいエッチングガスである。空気を使用する場合、空気を浄化し、湿気を除去する必要がある。いくつかの実施形態では、光学素子は、ミラーを保護する窓であってもよい。この場合、照明領域は光が向けられる窓上の点であり、光はこれらの点を通ってミラーを出入りする。様々な実施形態は、実行済みプロセスによる汚染に応じて、１５０ｓｃｃｍ〜６０００ｓｃｃｍのパージガス流量を提供してもよい。この実施形態は、６０００ｓｃｃｍ未満の流量で十分な洗浄が可能である。より好ましくは、３０００ｓｃｃｍ未満の流量で十分な洗浄が提供される。最大流量未満の流量で洗浄することによって、所望の洗浄を提供するための追加のポンプは不要となる。好ましくは、高流量ラインは、低流量ラインのパージガスの流量よりも高い流量のパージガスを供給する。より好ましくは、高流量ラインは、低流量ラインのパージガスの流量の２倍を超えるパージガスの流量を提供する。最も好ましくは、高流量ラインは、低流量ラインのパージガスの流量の５倍を超えるパージガスの流量を提供する。
【００３２】
パージガスは、照明領域４０４に選択的に向けられる。低流量のパージガスを使用して、汚染物質が照明領域４０４に堆積するのを選択的に防止することができ、これにより照明領域４０４の光学特性の劣化が防止される。パージガスの高流量パルスを使用して、照明領域４０４上の堆積物をさらに洗浄および除去することができる。一実施形態では、低流量は一定であってもよく、高流量はパルス化されてもよい。別の実施形態では、低流量と高流量の両方がパルス化されてもよい。
【００３３】
この実施形態では、照明領域の反射率は、一貫したプロセス終了のコールアウトのために重要である。照明領域が粒子で汚染されている場合、反射率が低下することで感度が低下し、最終プロセスを検出することができない。この実施形態は、真空を破壊することなく照明領域４０４の洗浄および維持を可能にする。
【００３４】
この実施形態では、光源１３４は、ＩＲ光源である。光検出器１３６は、ＩＲ光検出器である。第１のミラー３０８および第２のミラー３１０は、ＩＲ光を反射するＩＲ光学素子である。好ましくは、光は、Ｓｉ含有副生成物を検出するためのＩＲ光である。他の実施形態では、光源１３４は、可視光またはＵＶ光を提供するための可視光源またはＵＶ光源であってもよい。その場合、光検出器１３６は可視光検出器またはＵＶ光検出器となり、ミラーは可視光またはＵＶ光を反射するだろう。この実施形態において、第１のミラー３０８は、第１の光学素子を提供し、第２のミラー３１０は、第２の光学素子を提供する。
【００３５】
図６は、１２個のノズルを備えた上記の実施形態と、２４個の照明領域を用い２４個のノズルを備えた一実施形態との比較試験を示すグラフである。このグラフにおいて、第１の曲線６０４は、ミラーに達するＣＦ4モル分率対１２個のノズルの総Ｎ2流量のプロットである。第２の曲線６０８は、２４個のノズルの場合の同じプロットを示す。グラフからわかるように、２４個のノズルを設けても、１２個のノズルの場合と比べて多くの利点は得られない。結果として、２４個の照明領域に対して設けるノズルは１２個だけにすることが好ましい。実験により、ミラーを必要な品質に維持するには、３００ｓｃｃｍのＮ2パージガスで十分であることがわかった。シミュレーションでは、ＣＦ4を重質ガスとして使用して、粒子の塵をはじくことができるかを確認した。実験により、ミラーの他の領域と比較して照明領域が選択的に維持されることがわかった。ミラーの特定の領域のみを洗浄することによって、光学品質を維持しながらガスの流量を減らすことができる。図３は、ノズルからのパージガスの噴流がミラーの表面と約６０°の角度をなすように、パージガスノズル３５６が傾斜していることを示す。様々な実験により、ノズルを傾斜させてパージガスの流れが３０°〜８０°の角度で照明領域に衝突するようにすると、最小限の流量を維持しながら十分な洗浄が可能になることがわかった。
【００３６】
また、堆積を防止して照明領域を所望の光学品質に維持するために、ヒータ３３６が９０℃を超える温度にミラー表面を維持する必要があることも実験からわかった。より好ましくは、ヒータは、光学キャビティを妨害する機械的変形を引き起こすことなく、１００℃を超える温度にミラー表面を維持する。一例では、ヒータは、抵抗ヒータであってもよい。様々な実施形態において、異なる加熱ゾーンが提供されてもよく、ヒータは、異なる加熱ゾーンを異なる温度に加熱する。例えば、照明領域を含むゾーンは、照明領域を含まないゾーンよりも高い温度に加熱されてもよい。
【００３７】
図７は、別の実施形態の上面図である。この実施形態は、シリンダの側壁を形成するリング状ミラー７０４を示す。ガスチャンバ（図示せず）は、シリンダの上下を形成し、排気ポンプおよび出力ポートに接続される。光源１３４および光検出器１３６は、リング状ミラー７０４の窓に隣接して位置決めされる。この実施形態では、光ビーム７０８は、光源１３４から光検出器１３６に向かう際に星形のパターンを形成する。反射の回数は、光の入力角度によって制御され、光の経路は、星形の多角形を有し得る。
【００３８】
経路を長くするため、８角星または１０角星などの他の星形経路を利用してもよい。他の実施形態では、垂直経路を星形経路と組み合わせて螺旋経路を形成してもよい。
【００３９】
排気システムを通過した後の副生成物を測定することにより、副生成物が高濃度であるほど、より高い圧力で測定を実施することが可能になる。これは、プラズマ処理チャンバが低圧で動作する際に有利である。カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈが製造するＳＥＬＩＳおよびＳｙｎｄｉｏｎなど、一部のプラズマ処理システムは、はるかに高い圧力で動作することができる。このような高圧チャンバは、処理チャンバ内での副生成物の測定、ガスのパージ、および光学素子の加熱を可能にする。
【００４０】
様々な実施形態は、ＤＲＡＭおよび３Ｄ−ＮＡＮＤデバイスなどのメモリデバイスを提供するのに有用である。様々な実施形態において、プラズマプロセスは、ケイ素含有層またはｌｏｗ−ｋ誘電体層のエッチングプロセスである。様々な実施形態において、ＲＦ電力は、誘導結合または容量結合されてもよい。他の実施形態では、交互する酸化ケイ素層およびポリシリコン層（ＯＰＯＰ）または交互する酸化ケイ素層および窒化ケイ素層（ＯＮＯＮ）がエッチングされてもよい。
【００４１】
本開示をいくつかの好ましい実施形態に関して説明してきたが、本開示の範囲内に入る変更、置換、修正、および様々な代替の均等物が存在する。また、本開示の方法および装置を実現する多くの代替の方法が存在することにも留意されたい。したがって、以下の添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神および範囲内に入るすべてのそのような変更、置換、および様々な代替の均等物を含むと解釈されることを意図している。
【図１】
2020532712.tif 000003
【図２】
2020532712.tif 000004
【図３】
2020532712.tif 000005
【図４】
2020532712.tif 000006
【図５】
2020532712.tif 000007
【図６】
2020532712.tif 000008
【図７】
2020532712.tif 000009
【国際調査報告】
2020532712.tif 000010
2020532712.tif 000011