CN201348719Y - 一种用于等离子体反应室的升降销 - Google Patents

Abstract

本实用新型描述用来蚀刻工件的用于等离子体反应器的升降销。在一个实施例中，升降销包括具有环形横截面的纵向体，该体具有圆形的第一末端和圆形的第二末端；和形成在该第二末端中的凹进区域，该凹进区域适于可分离的连接到布置在等离子体反应室中的升降片，其中该体包括第一直径区域并且该凹进区域包括具有较小直径的通过侧翼分开的至少两个直径区域。

Description

一种用于等离子体反应室的升降销

本申请是申请日为2007年10月29日、申请号为200720181419.7且实用新型名称为“一种用于等离子体反应室的升降销”的实用新型专利申请的分案申请。

技术领域

加工超大规模集成(ULSI)半导体晶片使用的光刻掩膜的制作，要求比半导体晶片加工更加高的蚀刻均匀度。在石英掩膜上，单一掩膜图案通常占据4英寸见方的面积。掩膜图案的图像聚焦到晶片上的单一模具(一英寸见方)区域并且然后横穿晶片，为每个模具形成单一图像。在将掩膜图案蚀刻成为石英掩膜之前，通过扫描电子束把该掩膜图案写入光致抗蚀剂，耗时的加工使掩膜费用非常高。横跨掩膜表面的掩膜蚀刻工艺是不均匀的。而且，电子束书写光致抗蚀剂图案本身是非均匀的，并且表明，在晶片上在45nm特征尺寸的情况下，横跨整个掩膜的临界尺寸(例如，线宽)中有差不多2-3nm的变化。(例如，该变化为所有测量线宽的3σ差异)。在光致抗蚀剂临界尺寸中的这种非均匀性典型地在不同掩膜来源和顾客间改变。为了满足当前需求，掩膜蚀刻工艺必须不使该改变增加超过1nm，所以在蚀刻的掩膜图案中的改变不能超过3-4nm。这些严格的要求起因于在石英掩膜图案中使用衍射作用以在晶片上获得明显的图像。使用当前的技术难以满足这种要求。对于可能涉及22nm晶片特征尺寸的将来的技术，将变得甚至更难。蚀刻偏差现象增加了这种困难，其中在掩膜蚀刻期间的光刻图案的损耗导致在石英掩膜上蚀刻图案中的线宽(临界尺寸)的缩小。这些困难是在掩膜蚀刻工艺中固有的，因为相对于光致抗蚀剂的典型掩膜材料(例如，石英、铬、钼硅化物)的蚀刻选择性典型小于1，因此在掩膜蚀刻工艺期间蚀刻掩膜光致抗蚀剂图案。

通过精确定义的深度，一些掩膜图案要求蚀刻周期性的开口进入石英掩膜，这对获得在通过掩膜的晶片曝光过程中的干涉光束的非常精确的相位对准是关键的。例如，在一个类型的相移掩膜中，由具有细石英线的铬线定义每个线，该细石英线在铬线的每一侧上曝光，在一侧上的石英线被蚀刻成精确的深度，相对于穿过在该铬线的另一侧上的未蚀刻石英的光提供光的180度相移。为了精确的控制在石英中的蚀刻深度，必须通过定时的中断该工艺以测量在石英中的蚀刻深度严密的监控蚀刻工艺。每个这种检查需要从掩膜蚀刻反应器室移除掩膜、移除光致抗蚀剂、测量蚀刻深度并且然后根据用掉的蚀刻工艺时间估计为了到达目标深度剩余的蚀刻工艺时间，沉积新的光致抗蚀剂，在抗蚀剂上电子束书写掩膜图形，再引入掩膜到掩膜蚀刻室中去并且重新启动蚀刻工艺。假定蚀刻速度保持稳定和均匀评估达到需要深度的剩余蚀刻时间的蚀刻，因此是不可靠的评估。这种繁琐的工艺的问题包括低生产率和高成本以及增加在光致抗蚀剂图案中引入污染或故障的机会。然而，由于精确控制蚀刻深度的需要，这里似乎没有必要围绕这种问题。

在临界尺寸变化上的小的容忍度要求在整个掩膜表面上蚀刻速率极均匀分布。在石英材料中需要精确蚀刻深度的掩膜中，存在有两个临界尺寸，一个为线宽并且另一个为蚀刻深度。两种类型的临界尺寸的均匀性要求横跨掩膜的均匀蚀刻速率分布。通过使用源功率施用器，在蚀刻速率分布上的非均匀性可减小到一定程度，该源功率施用器可改变等离子体离子密度的射线分布，例如由在晶片上的内部和外部线圈天线组成的电感源功率施用器。然而，这样一种方法可仅用于对称的非均匀性，即中心-高或中心-低蚀刻速率分布。实际上，在每个速率分布上的非均匀性可为不对称的，例如在掩膜一个角上的高蚀刻速率，等。更基本的限制是该掩膜蚀刻工艺易于具有如此严格地蚀刻速率的中心-低分布，该蚀刻速率为可调的特征，这样一种电感源功率施用器具有内部和外部线圈，不能够转换蚀刻速率分布到中央-低状态之外。

对于非均匀蚀刻速率分布的另一挑战是蚀刻速率分布易于在相同配置的不同反应器中有很大的变化，并且当关键部件和可消耗元件被替换时，例如阴极的替换，可能在同一反应器之内有很大的变化，。该蚀刻速率分布对在替换部分的特征中的小的改变呈现高敏感度，该替换部分具有依据可消耗的替换的不可预料的变化。

另一挑战是当升降销毁坏或不适合使用时在反应器内替换升降销。如果不使用深度计和/或接合件，不容易替换传统的升降销，这可证明由于反应器的限制，其难以接近和移除。

因而，所需要的是不必显著拆卸反应器容易移出和替代的升降销。

发明内容

本实用新型发明文描述了用来蚀刻工件的用于等离子体反应器的可拆卸的升降销。在一个实施例中，升降销包括具有环形截面的纵向体，该体包括圆形的第一末端和圆形的第二末端以及在第二末端中形成的切口区域。切口区域适于可拆卸的连接到设置在等离子体反应室中的升降板(plate)，其中该体包括第一直径区域和切口区域，该切口区域包括至少两个具有较小直径的由侧翼分开的直径(diametrical)区域。

在另一实施例中，升降销包括具有环形截面的纵向轴、第一末端以及第二末端，其中该第二末端包括第二直径部分和第三直径部分，并且其中该第二直径部分和该第三直径部分具有小于第一直径部分的直径，并且通过侧翼部分分离，该侧翼部分具有实质上与该第一直径部分相等的直径。

附图说明

以此方式详细理解本实用新型的上述特征，上面简要概述的本实用新型将有更加具体的描述，包括参考实施例，其中的一些实施例在附图中示出。值得注意的是，然而，附图仅仅示出了本实用新型的典型实施例，因而不认为限制了它的范围，对于该实用新型可以允许其它同等的有效的实施例。

图1描述用于实现掩膜蚀刻工艺的等离子体反应器。

图2A描述图1的反应器的下部。

图2B示出在升起位置中的图1的反应器的掩膜支撑基座。

图3是图1中的反射器的阴极的顶视图。

图4和5是该阴极的一个可替代实施例的顶视图和侧视图。

图6和7是该阴极的另一可替代实施例的顶视图和侧视图。

图8是具有背面终点检测装置的等离子体反应器的简图。

图9和10是分别从掩膜的正面和背面获得的光学终点检测信号的图形。

图11和12是分别从掩膜的正面和背面获得的干涉条纹光学信号的图形。

图13是从图8的反应器的一个实施例中获得的多个波长干涉光谱信号的图形。

图14示出对应于图10的，具有基于整个反射光强度的背面终点检测的图8的反应器的实施例。

图15示出对应于图12的，具有基于干涉条纹计算的背面终点检测的图8的反应器的实施例。

图16示出具有基于多个波长干涉光谱的背面终点检测的图8的反应器的实施例。

图17示出具有基于光学发射光谱法(OES)的背面终点检测的图8的反应器的实施例。

图18示出具有OES和基于干涉的背面终点检测的工作示例。

图19和20分别是图18的实施例的阴极和设备板的透视图。

图21是图19的阴极的横截面图。

图22A和22B描述在使用背面终点检测的石英掩膜蚀刻工艺中的一系列步骤。

图23A、23B、23C、23D和23E描述在使用背面终点检测的铬-钼硅化物-石英掩膜蚀刻工艺中的一系列步骤。

图24A、24B、24C、24D和24E描述在使用背面终点检测的铬-石英掩膜蚀刻工艺中的一系列步骤。

图25和26分别是实施例的侧视图和顶面视图，在该实施例中从掩膜背面连续测量实时蚀刻速率分布。

图27A是升降销的一个实施例的侧视图。

图27B是图27A中的升降销的第二末端的部分分解视图。

为了帮助理解，在可能的地方使用同样的参考数字表示图形共有的同一元件。可以预期的是，一个实施例的元件和特征可以有利地并入没有进一步叙述的其它实施例。然而值得注意的是，附图仅仅示出了本实用新型的典型实施例，因而不认为限制它的范围，对于该实用新型可以允许其它同等的有效的实施例。

具体实施方式

具有增强的RF均匀性的阴极：

我们已经发现，工艺掩膜蚀刻工艺中的非均匀蚀刻速率分布是由于在支撑基座中，或在实现掩膜蚀刻工艺的等离子体反应器中支持掩膜的阴极中存在RF电非均匀性。RF偏置功率施加到基座以控制在掩膜表面的等离子体离子能量，同时RF源功率施加到在例如开销(overhead)线圈天线，以产生等离子体离子。RF偏置功率控制在掩膜表面的影响离子能量的电场。由于在掩膜表面的离子能量影响蚀刻速率，因此在基座中的RF电非均匀性造成横跨掩膜表面的蚀刻速率分布的非均匀性。我们已经发现基座中的RF非均匀性存在几个起因。一个是把铝基座(阴极)和铝设备板固定在一起的钛螺钉。该螺钉在横跨基座表面的电场图形中产生节点(并且因而横跨掩膜表面，因为它们的电特性与铝阴极的不同)。另一个是在阴极和设备板之间的传导率的非均匀分布。在设备板和阴极之间的电传导性主要受该板和阴极周界的限制。这可能至少部分是由于在等离子体处理过程中由真空压力引起的阴极的弯曲。在该周界周围的传导可为非均匀的，这归因于许多因素，例如，不均匀的固定钛螺钉和/或在该板或该基座周界周围的表面抛光差异。我们已经通过引入几种能够增强横跨基座的RF电均匀性的零件，解决了这些问题。首先，通过提供延伸至包括所有钛螺钉头的阴极的上表面的周界周围的连续的钛环，处理由在铝阴极中的钛螺钉的存在引起的RF场中的非均匀性和不连续性。通过在面向设备片和阴极的周界表面上提供高传导性的镍电镀，以及通过在设备板和阴极之间引入RF垫圈，处理由于表面差异或钛螺钉的不均匀固定导致的在传导率的变化，该垫圈在设备板和阴极的周界之间被压缩。

参考图1，用于在掩膜中蚀刻图案的等离子体反应器包括由侧壁12和上覆盖顶板14围绕的真空室10，并且由控制室压的真空泵15排空。在该室10内的掩膜支撑基座16支撑衬底18。如在本说明书中稍后将描述的，该掩膜典型的由石英衬底构成，并且可进一步包括在石英衬底顶表面上的附加掩膜薄膜层，例如铬和钼硅化物(chrome and molybdenum silicide)。另外，提供图案限定层，其可为光致抗蚀剂或由铬层形成的硬掩膜。在其它类型的掩膜中，石英衬底除了光致抗蚀剂图案没有在覆盖层。

通过覆盖内部和外部线圈天线20、22供应等离子体源功率，该内部和外部线圈天线20、22由各自的RF源功率产生器24、26通过各自的RF阻抗匹配电路28、30驱动。尽管侧壁12可为连接到地的铝或其它金属，顶板14典型的为允许从线圈天线20、22到室10中的RF功率感应耦合的绝缘材料。通过侧壁12的顶部的均匀间隔的注射喷嘴32通过气体歧管在从气体面板36引入工艺气体。该气体面板36可由不同气体供应38构成，该气体供应38通过各自的气门或集中流量控制器40连接到输出气门或集中流量控制器42，该输出气门或集中流量控制器42连接到气体歧管34。掩膜支撑基座16由支撑在金属设备板46上的金属(例如，铝)阴极44构成。阴极44具有内部冷却剂或加热液体流动通道(未示出)，该通道通过在设备板46中的供应和流出端口(未示出)进入和排出。通过由RF阻抗匹配电路50由RF偏置功率产生器48把RF偏置功率应用到设备板。穿过在设备板46和阴极44之间的界面，将RF偏置功率传导至阴极44的顶表面。阴极44具有中央平台(central plateau)44a，在其上支撑正方形的石英掩膜或衬底18。该平台尺寸通常与衬底18的尺寸相匹配。如下面将论述的，尽管平台44a稍微较小以致掩膜周界的小部分或边缘18a超出平台44a一小段距离。环绕平台44a的基座环52分为(如在图2B或图7中示出的楔形或者盘形部分样式)形成大约环52的2/5的盖环52a和形成环52的剩余3/5的捕获环52b。捕获环52b具有其中放置衬底18的边缘18a的支架54。无论何时需要从支撑基座16移除衬底18，三个升降销56(其只有一个在图1的示图中可见的)举起捕获环52b，该捕获环52b通过边缘18a抬起衬底18。在功率产生器48的频率处，基座环52由不同电特性的材料层53、55构成，该电特性选择为与由石英衬底18和铝平台44a组合呈现的RF阻抗相匹配(覆盖和捕获环52a、52b由不同层53、55构成)。此外，捕获环52的顶表面与衬底18的顶表面是共面的，因此在等离子体处理期间延伸超出衬底18的边缘的大的均匀表面促进横跨衬底18的表面的均匀电场和外壳电压。典型地，如果较低环层55为石英并且上部环层53为陶瓷例如氧化铝，这些条件是满足的。工艺控制器60控制气体面板36，RF产生器24、26、48，以及芯片处理装置61。该芯片处理装置可包括连接到升降销56的升降伺服电动机62、机械手叶片臂63和在室10的侧壁12中的缝隙阀门64。

一系列均匀间隔的钛螺钉70沿其周界将阴极44和设备板46固定在一起。由于在铝阴极/设备板44、46和钛螺钉70之间的电差异性，该螺钉70引入离散非均匀性到阴极44顶表面处的RF电场中。在阴极44和设备板46的反向表面中的变化沿其周界产生在阴极44和设备片46之间的非均匀性，其引起在RF电场中的相应的非均匀性。因为在等离子体处理期间阴极44易于在其中心处向上弯曲(由于室真空)，在阴极44和设备片之间的主要电接触是沿其周界的。为了使在阴极44和设备片46之间电传导率的灵敏度减小至(a)在各种钛螺钉70之中的紧密性的变化和(b)表面特征中的变化，例如镍的高传导材料的环形薄膜72沉积在阴极44的底部表面44b的周界上，同时镍(例如)的匹配环状薄膜74沉积在设备片46的顶表面的周长上。镍薄膜72、74是相互对准的，因此两个环状镍薄膜72、74构成基座44和设备片46的反向接触表面，在它们之间提供电传导性的高均匀分布。通过沿着阴极44的底部表面的周界提供环状沟槽76和在沟槽76之内放置传导性RF垫圈80，实现在均匀电传导率中的进一步的改进。可选的，可提供在设备片46的顶表面中的类似的环形沟槽78，其与沟槽76对准。RF垫圈80可能是合适的传统的类型，例如当阴极44和设备片46压在一起并且螺钉70拧紧时被压缩的薄金属螺旋状物。为了减小或消除易于在钛螺钉70的头处引起的电场分布的点非均匀性，在阴极44的顶表面的周界中的环形槽84中放置连续的钛环82。

图2A描述薄膜支撑基座16和它在下面的升降组件90。该升降组件90包括通过气压传动装置或升降伺服电动机94驱动的升降三角架92和放置在升降三角架92上的三个升降销56。在升降波纹管96中引导升降销56，该升降波纹管包括滚球轴承98以用于非常光滑和几乎没有摩擦的运动(为了减小由磨损引起的污染物)滚。图2B描述在升起位置中的具有捕获环52b和衬底18的阴极44。当升起掩膜时由盖件和捕获环52a、52b的分离形成的空隙允许机械手叶片接近衬底18。

通过改变阴极平台44a的电特性(例如，电介电常数)的分布，解决横跨衬底18表面的极端的中央-低蚀刻速率分布的问题。在一个实施例中，这通过在平台44a的顶表面上提供中心插入物102和周围的外部插入物104来实现，这两个插入物和基座环52形成一个连续的平面表面并且它们是电互异材料。例如，为了减小蚀刻速率分布成为极端中央-低的趋势，中心插入物102可为导电材料(例如，铝)，然而外部插入物104可为绝缘材料(例如，陶瓷如氧化铝)。该中心插入物102的导电型式提供对于RF电流的更加低的阻抗通路，增加在衬底18中心的离子能量和蚀刻速率，同时绝缘外部插入物104呈现较高的阻抗，其减小在衬底18的外围的蚀刻速率。该组合改善蚀刻速率分布，致使其更接近均匀。具有该特征，通过调整应用到内部和外部线圈天线20、22的相关RF功率电平，可实现蚀刻速率分布的微调。达到均匀蚀刻速率分布所需要的等离子体离子密度的基本分布中的变化减小到相当小的数量，该数量在内部和外部线圈20、22之间的RF功率分配的能力之内以获得均匀的蚀刻速率分布。图3是内部和外部插入物102、104的顶视图。在可替代的实施例中，该插入物102、104可以为具有不同介电常数(电介电常数)的绝缘体。图4和图5描述根据该原理的详尽的细节，其中使用四个渐增的不同电特性的同心环102、104、106、108以使蚀刻速率更加均匀。图6和图7描述提供阴极44的RF电特性分布的实时可调性的可替代的实施例。在阴极44的中心内部的中空圆柱114之内，活塞110控制可移动的铝板112的轴向位置。铝板112与铝平台44a的剩余部分电接触。绝缘体(例如，陶瓷)顶部膜116可覆盖阴极44的顶部。由于铝板112靠近圆柱114的顶部，通过阴极44的电阻抗是减小的，因而增加在衬底18中心处的蚀刻速率。相反，由于铝板112在圆柱114中远离衬底18向下移动，在掩膜中心处的蚀刻速率减小。为了最大化均匀性或弥补非均匀性，可通过工艺控制器60(图1)管理控制活塞110轴向运动的制动器118以调节蚀刻速率分布。

穿过掩膜背面的蚀刻速率监控和终点检测：

通过使用穿过阴极44和穿过衬底18的掩膜的背面的光学传感，减小或消除周期性间断蚀刻工艺以测量在掩膜上的蚀刻深度和临界尺寸的高生产成本。中断该蚀刻工艺以执行这种周期性测量是必要的，这是由于相对于光致抗蚀剂的差的蚀刻选择性蚀刻工艺：通常，掩膜材料比光致抗蚀剂蚀刻慢得多。典型地通过在掩膜上沉积光致抗蚀剂的厚层解决该问题，但是抗蚀剂的高蚀刻速率致使光致抗蚀剂表面无规则的不均匀或粗糙。该粗糙度影响穿过光致抗蚀剂的光并且因而在临界尺寸和蚀刻深度的任何光学测量中引入干扰。因而，每个周期性测量期间暂时的移除光致抗蚀剂，以确保无干扰光学测量，在重新开始被中断的掩膜蚀刻工艺之前，必须再沉积光致抗蚀剂并且在光致抗蚀剂中重写刻线图案。

在图8中描述的掩膜蚀刻等离子体反应器中，当掩膜或衬底18位于掩膜支撑基座上的适当位置使用在阴极44内提供的背面光学测量装置时，避免了这些困难并且允许持续观察临界尺寸或在整个蚀刻工艺期间测量蚀刻深度。该背面测量装置利用了衬底18的光学透明属性，衬底18典型地为石英。可在其上沉积的薄膜(例如铬或钼硅化物)可能是不透明的，但是定义衬底18刻线图案的图案形的开口的形成可被光学检测。可通过阴极44在掩膜背面观察在由这些层反射的或传输穿过这些层的光强度的改变。该观察可能用于执行蚀刻工艺终点检测。当蚀刻石英材料时，在蚀刻工艺期间，通过阴极44在掩膜背面观察到的光学干涉可以被检测到，以实时执行蚀刻深度测量。一个优势在于从掩膜背面检测的图像或光信号不受光致抗蚀剂噪声的影响，或者至少与试着从衬底18的顶表面(光致抗蚀剂侧)执行这种测量相比，影响是非常小的。

为了这些目的，图8的反应器包括在阴极44的顶表面之内的凹槽120，凹槽120可容纳透镜122，该透镜的光轴面向掩膜或衬底18的背面。直径相对透镜122较小的一对光纤124、126，，具有接近于或接触透镜122的末端124a、126a，在透镜122的光轴处两者几乎相互对准。在图8中描述的每个光纤124、126实际上可以是一小束光纤。光纤124具有连接到光源128的另一末端124b，光源发出一个波长的光，在这个波长上衬底18是透明的，通常对于石英掩膜是可见波长。在干涉深度测量的情况下，选择光源128的波长光谱以便于衬底18的刻线图案的局部一致。对于在约为45nm级左右的蚀刻掩膜结构的周期性特征中(或在一微米之下的周期特征尺寸)，假如光源128在可见光谱内发光，则满足该要求是。光纤126具有其连接到光接收器130的另一末端。在单一终点检测的情况下，光接收器130可仅检测光强度。在临界厚度(例如，线宽)测量的情况下，光接收器130可检测在透镜122的观测领域内的蚀刻线的图像，从其可确定线宽(例如，从干涉或衍射图案中推断或从干涉条纹的数量中计算)。在另一实施例中，光接收器130可包括用于执行多个波长干涉测量的分光计，从其可推断或计算蚀刻深度。对于这种测定，工艺控制器60包括能够处理来自光接收器的光学信号的光学信号处理器132。这种光学信号处理可包括(取决于具体的实现)下列各项的一个：从周围光强度的改变执行蚀刻工艺终点检查；从由光接收器130检测的二维图像测量临界尺寸；从多个波长干涉光谱确定蚀刻深度，在此情况下光接收器130由分光计组成。可替代地，使用由等离子体发射并且通过透明掩膜传输的光，这种分光计可用于通过来自晶片背面的光学发射光谱测定法执行蚀刻工艺终点检测，在此情况下不使用光源128。

工艺控制器60对来自光学信号处理器132的工艺终点检测信息(或蚀刻深度测量信息)作出反应，以控制等离子体反应器的各种元件，包括RF产生器24、26、48和晶片处理装置61。典型地，当到达蚀刻工艺终点时，工艺控制器60中止蚀刻工艺并从基座16中移除衬底18。

图9是描述在铬蚀刻工艺(其中根据掩膜刻线图案蚀刻在石英掩膜表面的铬薄膜)期间，从掩膜的顶面(涂覆光致抗蚀剂)检测的周围反射光强度的作为时间的函数的图表。在图9的图表中描述的强度中的大的摆幅表示由光致抗蚀剂层的顶表面中的粗糙度引起的干扰。虚线代表在干扰中隐藏的阶跃函数信号，该阶跃函数与铬蚀刻工艺终点相一致。图10是在图8的反应器中通过阴极44从晶片背面获得的相同测量的图表，其中，光接收器130检测反射光级别。该光致抗蚀剂引起的干扰大大的减小，因此在光学数据中清楚的表示终点限定阶跃函数。阶跃函数的边缘表示转换点，在转换点处一旦蚀刻工艺到达铬薄膜的底部，则反射光强度下降，在此点处铬的反射表面区域突然减小。

图11和12对于时间(或，等价地，对于空间)的光强度的图表，并且，在图12中，例如通过光接收器130检测，其中在光强度中的周期性的峰值对应于蚀刻干涉条纹，其间距决定蚀刻深度，或在透明石英掩膜衬底18中蚀刻的紧密的周期性地间隔的特征的不同表面之间的厚度上的差异。图11描述从掩膜的顶面通过光致抗蚀剂检测的密度，具有大量的光致抗蚀剂引起的削弱干涉条纹检测的干扰成分。图12描述穿过掩膜背面由图8的光接收器130检测的密度，其中光致抗蚀剂引入的干扰实质上不存在。

图13是在光接收器130由分光计组成并且光源128产生波长光谱的情形下，表示作为波长函数的光强度的图表。图13的图表的强度谱的行为是在亚微米特征中在透明衬底18中周期性隔开的不同深度的表面反射的光之间发生干涉作用的典型情形。在较低波长，峰值是周期性和均匀间隔的，主要的光学作用是干涉。在较高波长，在衬底18中的周期性特征之中的局部一致性不那么强，因此衍射效果随着增加的波长变得显著增强，如在图13中描述的，导致在较高波长的强度行为更少均匀间隔并且更复杂。在图13中峰值的间隔，尤其在较低波长，是蚀刻深度的函数，其可从峰值对峰值的间隔中推断。

图14示出图8的反应器的实施例，其中光接收器130是周围光强度检测器并且光学信号处理器132被编程以寻找在整个反射光强度中的大的偏转(阶跃功能)，对应于图10的终点检测图表。在该实施例中的光源128可为任何合适的光源。可替代的，可省略光源128，因此光接收器130仅对来自等离子体光作出响应，该等离子体通过衬底18或透明掩膜传输。

图15示出图8的反应器的实施例，其中光接收器130为通过透镜122充分聚焦以分解干涉条纹的干涉条纹检测器，并且为了计算在透明石英衬底18中的蚀刻深度，编程光学信号处理器132以计算干涉条纹(例如，从图12中示出的类型中强度对时间数据)。该计算产生虚拟瞬时蚀刻深度，其通过逻辑200与存储在存储202中的用户定义的目标深度相比较。该逻辑200可使用传统的数字匹配或最低限度程序以检测在存储的和测量的深度值之间的匹配。匹配引起逻辑200为程序控制器60标记蚀刻终点。

图16示出图8的反应器的实施例，其使用图13的干涉光谱技术以测量或确定在透明石英掩膜或衬底18中的蚀刻深度。在这种情况下，光源128发射多种波长或在可见光范围内的光谱(对于大约几百纳米或更少的周期性掩膜特征尺寸)。光接收器130为分光计。组合信号调节器和模数转换器220将由分光计收集的光谱信息转换成为光学信号处理器132可处理的数字信号。如上面提到的，其中可执行终点检测的一种模式为从由图13表示的数据的较低波长范围中的周期性峰值之间的间隔来计算蚀刻深度。

比较逻辑200可将瞬时测量蚀刻深度与存储在存储202中的用户定义的目标深度相比较，以确定是否已经到达蚀刻工艺终点。在另一模式中，比较逻辑200充分强大以将数字表示的表示分光计的瞬时输出的波长频谱(对应于图13的图表)与对应于要求的蚀刻深度的已知频谱相比较。该已知频谱可存储在存储202中。由比较逻辑200检测的在测量频谱和存储频谱之间的匹配，或近似匹配，导致蚀刻工艺终点标识发送到工艺控制器60。

图17示出图8的反应器的实施例，其中光接收器130为能够区分来自由在室中的等离子体发射的光学辐射的发射线的光学发射分光计，以执行光学发射光谱测定法(OES)。光学信号处理器132为OES处理器，编程该处理器以追踪所选光学线的强度(或检测所述消失)，所选光学线的强度对应于在被蚀刻层中的材料的化学种类的指示。基于预定的转换(例如，在铬蚀刻工艺期间OES光谱中的铬波长线的消失)，光学信号处理器132发送蚀刻工艺终点检测标识至工艺控制器60。

图18描述我们已经建构的实施例，在阴极44的表面中的分别隔开的凹槽231、233中具有一对透镜230、232，该透镜230、232被聚焦以分解干涉条纹，聚焦的光由面向或接触各自的透镜230、232的光纤234、236分别运载。光纤234、236连接到干扰探测器238(其可为条纹探测器或分光计)，该探测器238具有连接到工艺控制器60的输出。透镜230、232通过光纤242、244从光源240接收光。该光从衬底18的顶表面反射回透镜230、232并且通过光纤234、236运载到检测器238。另外，图18的实施例在阴极表面中具有第三凹槽249，该凹槽可容纳通过光纤252连接到OES分光计254的输入的第三透镜250。OES处理器256处理OES分光计254的输出以执行终点检测并且将结果传输至工艺控制器60。在图19中描述图18的实施例的阴极44，示出容纳各自的透镜230、232、250的三个凹槽231、231、249。图20示出在设备板46内用于容纳支撑透镜230、232、250的光学装置(未示出)的相应孔260、261、262。图21示出了在基座16内部的光纤到透镜的连接的横截面图。

尽管图16、17和18中的反应器已经描述为使用分光计130(图16和17)和254(图18)，该分光计130或254可由一个或更多调节到预定波长的光学波长滤波器代替。每个这种光学波长滤波器可与光电倍增管结合以增强信号振幅。

背面终点检测掩膜蚀刻工艺：

图22A和22B描述在掩膜的石英材料中用于蚀刻刻线图案的工艺。在图22A中，石英掩膜210已用光致抗蚀剂层212覆盖，该光致抗蚀剂层具有间隔的线214的周期性结构和在光致抗蚀剂层212中定义的开口216。在图15或16的反应器中，CHF3+CHF4+Ar的石英蚀刻工艺气体引入到室10中，通过RF产生器24、26和48供应功率并且在光致抗蚀剂层212中形成的开口216之内蚀刻石英材料。通过在从蚀刻的顶部表面反射的光218和从石英衬底210的未蚀刻顶表面反射的光219之间的干涉，不断的测量石英中的蚀刻深度。只要达到期望的蚀刻深度(图22A)就停止蚀刻工艺。于是移除光致抗蚀剂以制造需要的掩膜(图22B)。

图23A到23E描述用于蚀刻三层掩膜结构的工艺，该三层结构由在下面的石英掩膜衬底210、钼硅化物层260、(包含钼的氮化硅氧化物)，铬层262、铬氧化物抗反射涂层264和光致抗蚀剂层266、具有在光致抗蚀剂层266(图23A)中形成的开口268。在图23B的步骤中，使用铬蚀刻工艺气体例如Cl2+O2+CF4，在具有单一反射系数终点检测(图14的室)或具有OES终点检测(图17的室)的等离子体反应器室中蚀刻铬层262和抗反射涂层264。移除光致抗蚀剂层266(图23C)。然后蚀刻钼硅化物层260，如在图23D中所示的，使用的工艺气体是钼硅化物的蚀刻剂，例如，SF6+CL2，并且使用钼层262作为硬掩膜蚀刻。通过单一周围反射系数或通过OES终点检测，在具有终点检测的等离子体反应器中执行该步骤，例如图14或图17的室。在图23E中，使用铬蚀刻工艺气体例如CH3+CF4+Ar，移除铬层262和氧化铬抗反射涂层264。可使用图14和17的具有单一终点检测没有蚀刻深度测量的反应器执行该步骤。这保留了具有定义刻线图案的钼的硅化物覆盖层的石英掩膜衬底。

图24A到24E描述用于制造二元掩膜，该掩膜由在侧面与暴露的石英的周期性间隔相接的透明石英掩膜上的周期性铬线组成，改变暴露的多晶硅间隔中的一个，该多晶硅间隔被蚀刻到一个深度，在该深度上透射光相移一个期望的角度(例如180度)的深度。图24A描述了由石英掩膜衬底300、铬层302、氧化铬抗反射涂层304和光致抗蚀剂层306组成的初始结构。在图24B的步骤中，在反应器室(例如图14或17的室)中在工艺气体Cl2+O2+CF4的中蚀刻铬和氧化铬层302、304。在图24C的步骤中，移除光致抗蚀剂层306，其后如图24D中所示，在石英蚀刻工艺气体CHF3+CF4+Ar中，蚀刻石英掩膜衬底300的暴露部分。在反应器室中执行图24D的石英蚀刻步骤，该反应器室能够检测或控制在石英掩膜衬底300中的蚀刻深度，例如图15或16中的室。在蚀刻工艺期间，不断监控瞬时蚀刻深度并且在掩膜300上一旦达到目标蚀刻深度就中止蚀刻工艺。在图24E中描述最终的结果。

横跨掩膜表面蚀刻速率分布的不断监控：

图25和26示出图1的晶片支撑基座16的实施例，该晶片支撑基座16具有在阴极44的顶表面中的背面蚀刻深度检测元件(透镜和光纤)的矩阵，在蚀刻期间，在不中断蚀刻工艺或干扰掩膜衬底的情况下，横跨掩膜或衬底的整个表面，连续的提供蚀刻速率分布或蚀刻深度分布的瞬时图像或示例。铝板44的顶表面具有在其顶部上的开口320的矩阵，每个开口容纳一个面向掩膜衬底300背面的透镜322。光源324通过输出光纤326提供连接到各自相应的透镜322的光。透镜322产生充足的聚焦以分解干涉条纹。干涉检测器328，其既可以是帮助边缘计数的传感器也可以是分光仪，连接到和各自对应的透镜322连接的输入光纤330。开关或多路复用器332允许来自每个输入光纤330的光顺序地传输到检测器328。有三种工作模式可以操作图25和26中的设备。在第一种模式中，在透镜322中的特定的一个的观察的领域中，蚀刻深度是从干涉条纹之间的间隔计算的。在第二种模式中，检测器328为分光计，并且在透镜322中的特定的一个的观察的领域中，蚀刻深度是从多波长干涉频谱的较小的波长峰值间隔计算的(参考图13)。在第三种模式中，多波长干涉频谱在特定的时间间隔检测并且与库340的光谱相比较，对于库相应的蚀刻深度是已知的。蚀刻速率分布由蚀刻深度和经过的时间计算得出。该分布记录工艺的蚀刻非均匀性并且反馈到工艺控制器132。该控制器132通过调节反应器的可调特征作出响应以减少在蚀刻速率分布中的非均匀性。

虽然在图25和26实例中描述了在平台44a的顶表面中的蚀刻深度传感器或透镜322的3*3矩阵，可使用在这样传感器矩阵中的任何数量的行和列以使矩阵成为n*m矩阵，这里m和n都是合适的整数。

在一个实施例中，工艺控制器132可被编程以推断出(通过由分光计或传感器130提供的蚀刻速率分布信息)蚀刻速率分布是中心高还是中心低。工艺控制器60可通过调整反应器的某些的可调特征对该信息作出响应以降低非均匀性。例如，工艺控制器60可改变在内部和外部线圈20、22之间的RF功率分配。可替代地或另外地，工艺控制器60可以改变在图6和7的反应器中的可移动铝板112的高度。来自在平台44a中的蚀刻深度传感元件阵列或矩阵的反馈，允许工艺控制器60通过反应器可调元件的连续的试验和误差调整来提高蚀刻速率分布的均匀性

图27A是升降销56一个实施例的侧视图。升降销56包括具有第一末端2710和第二末端2715的体2705。该体2705可由工艺兼容材料制造，例如不锈钢、铝、陶瓷等，并且在一个实施例中，体2705由氧化铝(Al₂O₃)材料制造。在实施例中，体2705包括具有圆形横截面的轴并且包括至少一个外直径，例如第一直径区2725，以及一个或更多较小的外直径区，例如第二直径区2730A和第三直径区2730B。该第二直径区2730A和该第三直径区2730B可以由侧翼2735分开，并且侧翼2735可以包括实质上等于第一直径区2725的外直径。在一个实施例中，第二末端2715包括由第一直径区2725和第二直径区2730A和第三直径区2730B中的至少一个的交界面定义的凹进区域2708。在一些实施例中，凹进区域2708包括第一直径区2725和由侧翼分开的第二和第三直径区2730A、2730B的交界面。

凹进区域2708可以促进与升降装置90连接和/或抬起图2A中的升降波纹管96。凹进区域2708也便于被指示器或标准尺的机能代替，以决定何时升降销56位于升降装置90中。其他具有单个直径的升降销，在替代期间，可能需要监控和/或外围测量机械装置来准确定位和决定升降销的位置。另外，其他升降销可能需要外围固定装置以帮助连接升降装置90。在一个应用中，当替代升降销56时，凹进区域2708因此提供一个停止指示，例如当升降销56连接到升降装置90时的触感。在另一个实施例中，凹进区域2708提供额外的功能用于将升降销56固定到升降装置90和/或升降波纹管96。

图27B是从图27A获得的部分第二末端2715的分解侧面视图。如上所述，侧翼2735可以包含实质上等于第一直径区2725的外直径，并且第二和第三直径区2730A、2730B略微小于第一直径2725和侧翼2735。在一个实施例中，第二和第三直径区2730A、2730B实质上相等，但是在另一实施例中，第二和第三直径区2730A、2730B彼此之间有细微差别。第二末端2715也包括由双半径定义的圆形末端，例如第一半径2740A和第二半径2740B。在一个实例中，第二半径2740B大约比第一半径2740A大四倍。在一些实施例中，第一末端2710和第二末端2715都包括双半径，例如第一半径2740A和第二半径2740B。

尽管上述主要是关于本实用新型的实施例，但在不脱离它的基本范围的情况下，可作出本实用新型的其它和进一步的实施例，并且其范围由下列的权利要求确定。

Claims (17)

1、一种用于等离子体反应室的升降销，其特征在于，包括：

具有环形横截面的纵向体，该体具有圆形的第一末端和圆形的第二末端；和在所述第二末端中形成的凹进区域，所述凹进区域适于可分离的连接到设置在等离子体反应室中的升降板，其中所述体包括第一直径区域，并且所述凹进区域包括具有较小直径的被侧翼分开的至少两个直径区域。

2、根据权利要求1所述的升降销，其中所述圆形的第一末端和所述圆形的第二末端包括双半径。

3、根据权利要求1所述的升降销，其中所述圆形的第一末端和所述圆形的第二末端包括第一半径和第二半径，并且所述第二半径大约比所述第一半径大四倍。

4、根据权利要求1所述的升降销，其中所述侧翼的直径是实质上等于所述第一直径区域并且所述至少两个直径区域具有小于所述侧翼的所述直径的直径。

5、根据权利要求1所述的升降销，其中所述体包括陶瓷材料。

6、根据权利要求1所述的升降销，其中所述体包括铝材料。

7、根据权利要求1所述的升降销，其中所述体包括氧化铝(Al₂O₃)材料。

8、根据权利要求1所述的升降销，其中所述至少两个直径区域包括第二直径区域和第三直径区域并且每个区域具有不同长度。

9、根据权利要求1所述的升降销，其中每个所述至少两个直径区域包括长度和直径，其中所述直径实质上相同并且所述长度是不同的。

10、一种用于等离子体反应室的升降销，其特征在于，包括：

具有环形横截面的纵向轴、第一末端以及第二末端，其中所述第二末端包括第二直径部分和第三直径部分，以及其中所述第二直径部分和所述第三直径部分包括小于所述第一直径部分的直径并且被侧翼部分开，所述侧翼部具有实质上等于所述第一直径部分的直径。

11、根据权利要求10所述的升降销，其中所述第二直径部分和所述第三直径部分定义了凹进区域。

12、根据权利要求10所述的升降销，其中所述轴包括铝材料。

13、根据权利要求10所述的升降销，其中所述轴包括氧化铝(Al₂O₃)材料。

14、根据权利要求10所述的升降销，其中每个所述第一末端和第二末端是圆形的。

15、根据权利要求14所述的升降销，其中每个所述第一末端和第二末端包括双半径。

16、根据权利要求14所述的升降销，其中所述圆形的第一末端和所述圆形的第二末端包括第一半径和第二半径，并且第二半径大约比所述第一半径大四倍。

17、根据权利要求10所述的升降销，其中每个所述第二直径部分和所述第三直径部分包括长度和直径，其中所述直径实质上相同并且所述长度是不同的。

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