JP2008112964A - 可変処理ガス分布マスクエッチングプラズマリアクタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】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。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。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。
【選択図】なし
Description
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
Claims (20)
- 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ガス流導管装置と、
前記チャンバ外部に在り、前記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と、
前記バルブの各自のバルブ制御入口を制御するためのガスバルブ構成コントローラとを備えるプラズマリアクタ。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 前記インサートが各々セラミック材料から形成されている請求項5記載のリアクタ。
- 前記リングが、
前記円筒形側壁の前記上端を受けるための外向きショルダと、
前記天井の周縁端部を受けるための内向きショルダとを備える請求項1記載のリアクタ。 - 前記リングの前記内面が円筒形であり前記天井から軸方向に延び、前記通路が前記内面で孔となって終端しており、前記孔は前記内面の円周に沿って等間隔に配置されている請求項1記載のリアクタ。
- 前記孔が前記内面上の各々の軸方向位置に等間隔に配置された複数セットの孔を含む請求項8記載のリアクタ。
- 前記孔が前記内面に沿って分散された複数セットの孔を含み、前記複数セットの孔の各々が前記内面に対して各自の角度で方向づけられている請求項8記載のリアクタ。
- 前記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ガス流入口通路とを備え、前記ガス流導管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1記載のリアクタ。
- 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11記載のリアクタ。
- 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、
前記外部ガス流導管装置が、
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ガス流導管装置と、
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ガス流導管装置とを備える請求項1記載のリアクタ。 - 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13記載のリアクタ。
- 前記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13記載のリアクタ。
- 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15記載のリアクタ。
- 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15記載のリアクタ。
- 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。
- 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ガス流導管装置と、
前記チャンバ外部に在り、前記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と、
前記バルブの各々のバルブ制御入口を制御するためのガスバルブ構成コントローラとを備えるプラズマリアクタ。 - 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19記載のリアクタ。
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