JP3138693U - Plasma reactor with nozzle and variable process gas distribution - Google Patents

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ジェイ パナイル シーバ
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Abstract

【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
A plasma reactor for processing workpieces such as masks and wafers provides a plurality of gas injection nozzles adapted to be modularly coupled to a gas distribution ring.
A gas injection nozzle includes a hollow cylindrical body having a first outer diameter portion and a second outer diameter portion defining a tip, and a first outer diameter portion formed longitudinally through the body. A first passage extending at least partially through the second outer diameter portion and aligned coaxially with the first passage and longitudinally from the end of the first passage to the end of the tip And a first outer diameter portion is larger than the second outer diameter portion.
[Selection] Figure 36A

Description

考案の背景Invention background

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。   Photolithographic mask manufacturing for ultra large scale integrated (ULSI) circuits requires even higher etch uniformity than semiconductor wafer processing. A single mask pattern typically occupies an area of 4 inches square on a quartz mask. The image of the mask pattern is focused to the area of a single die (1 inch square) on the wafer and steps are formed across the wafer to form a single image on each die. Prior to etching the mask pattern into the quartz mask, the mask pattern is written with a scanning electron beam. This makes the cost of a single mask very expensive in a time consuming process. The mask etching process is not uniform across the mask surface. Furthermore, the e-beam written photoresist pattern itself is not uniform, and a 45 nm feature size on the wafer will show as much as 2-3 nm variation in critical dimensions (eg, line width) across the entire mask. (This variation is, for example, a 3σ difference in all measured line widths.) Such non-uniformities in the photoresist critical dimension are different for different mask sources or customers. In the mask etching process, this variation cannot be increased beyond 1 nm, so the variation of the etching mask pattern cannot exceed 3-4 nm. These stringent requirements arise from the use of diffraction effects on the quartz mask pattern to obtain a clear image on the wafer. With current technology, it is difficult to meet such requirements. This is even more difficult for future technologies that will include a 22 nm wafer feature size. This problem is exacerbated by the phenomenon of etching bias, and the line width (critical dimension) in the etching pattern on the quartz mask decreases due to the consumption of the photoresist pattern during mask etching. These problems are inherent in the mask etch process. This is because the etch selectivity of common mask materials (quartz, chrome, molybdenum silicide) to photoresist is typically less than 1 because the mask photoresist pattern is etched during the mask etching process.

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。   Some mask patterns require periodic openings to be etched into the quartz mask at a precisely defined depth. This is important to achieve very fine phase alignment of the interfering light beam during exposure of the wafer through the mask. For example, in one type of phase shift mask, each line is defined by a chrome line, a thin crystal line is exposed on each side of the chrome line, and only one side of the crystal line is etched to a precise depth, A phase shift of 180 degrees is applied to light passing through an unetched crystal line. In order to precisely control the etching depth in the quartz, the etching process must be periodically interrupted and closely monitored to measure the etching depth in the quartz. For each such inspection, the mask is removed from the mask etch reactor chamber, the photoresist is removed, the etch depth is measured, and the remaining etch process time is estimated and the target based on the elapsed etch process time. It is necessary to reach depth, deposit a new photoresist, e-beam write the mask pattern on the resist, reintroduce the mask into the mask etch chamber and restart the etching process. Estimating the remaining etching time to reach the desired depth is not reliable because the etching rate is assumed to remain stable and uniform. Problems with such complicated procedures include low productivity, high cost, and increased possibility of contamination or defects in the photoresist pattern. However, because of the requirement for precisely controlled etch depth, there appears to be no way to avoid such problems.

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。   Narrow tolerance in critical dimension variations requires a very uniform distribution of etch rate across the mask surface. There are two critical dimensions in masks that require precise etching depth in the quartz material. One is the line width and the other is the etching depth. Uniformity for both types of critical dimensions requires a uniform etch rate distribution across the mask. The nonuniformity in the etching rate distribution can be reduced to some extent by using a power supply device that can change the radial distribution of plasma ion density, such as an induction power supply device consisting of inner and outer coil antennas covering the wafer. Can do. However, such an approach can only deal with symmetric non-uniformities with an etch rate distribution with a high center or a low center. In fact, the non-uniformity of the etch rate distribution can be asymmetric, for example, one corner of the mask has a high etch rate. A more fundamental limitation is that the mask etch process tends to have a very low distribution of etch rate centers. Adjustable features such as inductive power applicators with inner and outer coils cannot convert the etch rate distribution out of the low center area.

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。   Another problem with non-uniform etch rate distribution is that the etch rate distribution tends to be very different in different reactors of the same design and is always in the same reactor when replacing major parts or consumable components, such as replacing gas distribution nozzles. It can be very different. The etch rate distribution appears to be very sensitive to small variations in the features of the replaced part, and unpredictable changes occur when consumables are replaced. Another related problem is the ease of exchanging the main parts such as the gas distribution nozzle.

考案の概要Outline of device

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。   A plasma reactor is described for processing workpieces such as masks and wafers, which includes a vacuum chamber having a gas distribution ring with one or more gas extraction nozzles.

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。   In one embodiment, a gas injection nozzle is described that is adapted to be modularly coupled to a gas distribution ring in a plasma reactor. The gas injection nozzle is formed with a hollow cylindrical body having a first outer diameter portion and a second outer diameter portion defining a tip, and formed longitudinally through the body, through the first outer diameter portion, A first passage extending at least partially to a second outer diameter portion and aligned coaxially with the first passage and extending longitudinally from an end of the first passage to an end of the tip And the first outer diameter portion is larger than the second outer diameter portion.

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。   In another embodiment, a gas injection nozzle is described that is adapted to be modularly coupled to a gas distribution ring in a plasma reactor. The gas injection nozzle is disposed through the first diameter portion with a hollow cylindrical body having a first outer diameter portion and a second outer diameter portion smaller than the first outer diameter diameter portion, and has a second diameter. A first passage transitioning into the second passage at a 90 degree interface to a second passage disposed through the portion and radiation coupling the first outer diameter portion to the second outer diameter portion The first outer diameter portion is approximately 50% larger than the second outer diameter portion.

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。   In another embodiment, a gas injection nozzle is described that is adapted to be modularly coupled to a gas distribution ring in a plasma reactor. The gas injection nozzle is a hollow cylindrical body having a first outer diameter portion and a second outer diameter portion defining a tip, wherein the first outer diameter portion is larger than the second outer diameter portion. A first passage formed longitudinally through the body and extending at least partially through the first outer diameter portion to the second outer diameter portion, and coaxial with the first passage And a second passage extending at a 90 degree interface and extending longitudinally from the end of the first passage to the end of the tip, and a second passage communicating with the first passage And a first passage having a diameter four times greater than a diameter of the second passage.

考案の詳細な説明Detailed description of the invention

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。
Cathode with Improved RF Uniformity The inventors have found that one cause of non-uniform etch rate distribution in the mask etch process is the RF electricity on the support pedestal or cathode that holds the mask in the plasma reactor in which the mask etch process is performed. It was found that there was a heterogeneity. RF bias power is applied to the pedestal to control the plasma ion energy at the mask surface. On the other hand, the RF power source is applied to the overhead coil antenna to generate, for example, plasma ions. The RF bias power controls the electric field at the mask surface that affects the ion energy. Since the ion energy on the mask surface affects the etching rate, the distribution of the etching rate on the entire mask surface becomes non-uniform due to the RF electric non-uniformity on the pedestal. It has been found that there are several causes for RF non-uniformity in the pedestal. One is a titanium screw for fixing the aluminum pedestal (cathode) and the aluminum equipment plate together. The screw creates a node of the electric field pattern over the entire pedestal surface (and thus the entire mask surface). This is because the electrical characteristics are different from those of the aluminum cathode. The other is a non-uniform distribution of conductivity between the cathode and the equipment plate. Electrical conduction between the equipment plate and the cathode is mainly limited to the periphery of the plate and the cathode. Cathode curvature during plasma treatment induced by vacuum pressure may be at least partly responsible for this. This ambient conduction can be non-uniform due to a number of factors such as uneven fastening of titanium screws and / or surface finish variations around either the plate or the pedestal. These problems were solved by introducing several features that improve the RF electrical uniformity across the pedestal. First, the RF field non-uniformity or discontinuity caused by the presence of a titanium screw on the aluminum cathode is addressed by providing a continuous titanium gas injection ring. This ring extends around the upper surface of the cathode, including all titanium screw heads. Variations in conductivity due to surface differences or uneven fastening of the titanium screws provide a highly conductive nickel plate on the opposing peripheral surfaces of the equipment plate and cathode, and between them around the equipment plate and cathode Is addressed by introducing an RF gasket that is compressed between the two.

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。   Referring to FIG. 1, a plasma reactor for etching a pattern with a mask includes a vacuum chamber 10 surrounded by a sidewall 12 and an overlying ceiling 14 and is evacuated by a vacuum pump 15 that controls the chamber pressure. A mask support base 16 inside the chamber 10 supports the mask 18. As described later in this specification, the mask generally comprises a quartz substrate, and may further include an additional mask thin film layer on the upper surface of the quartz substrate, such as chromium silicide or molybdenum. In addition, a pattern defining layer is present, which may be a photoresist or hard mask formed from a chrome layer. In other types of masks, the quartz substrate has no overlying layer other than the photoresist pattern.

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。   Plasma power is applied through each RF impedance matching circuit 28, 30 by placing the inner and outer coil antennas 20, 22 driven by each RF power generator 24, 26 on top. Although the sidewall 12 may be aluminum or other metal coupled to ground, the ceiling 14 is typically an insulating material that allows inductive coupling of RF power from the coil antennas 20, 22 to the chamber 10. Process gas is introduced from the gas panel 36 through the gas manifold 34 and from the evenly spaced injection nozzles 32 at the top of the sidewall 12. The gas panel 36 may comprise a different gas supply 38 coupled to an output valve or mass flow controller 42 coupled to the manifold 34 through each valve or mass flow controller 40.

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。   The mask support pedestal 16 comprises a metal (eg, aluminum) cathode 44 supported by a metal (eg, aluminum) equipment plate 46. The cathode 44 has an internal coolant or heated fluid flow path (not shown) that is supplied and discharged by a supply and drainage port (not shown) on the equipment plate 46. RF bias power is applied to the equipment plate by the RF bias generator 48 through the RF impedance matching circuit 50. RF bias power is conducted to the upper surface of the cathode 44 across the interface between the equipment plate 46 and the cathode 44. The cathode 44 has a central plateau 44a on which a square quartz mask or substrate 18 is supported. The size of the plateau is usually matched to the size of the mask 18, but the plateau 44a is somewhat small so that a small portion or edge 18a around the mask extends a short distance beyond the plateau 44a. This will be described later.

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。   The pedestal gas injection ring 52 surrounding the plateau 44a is divided into a cover gas injection ring 52a that forms approximately 2/5 of the gas injection ring 52 and a trap gas injection ring 52b that forms the remaining 3/5 of the gas injection ring 52. (With the wedge or pie cross section shown in FIG. 2B or FIG. 7). The trap gas injection ring 52b has a shelf 54 on which the edge 18a of the mask 18 rests. Three lift pins 56 (only one of which is visible in FIG. 1) lift the trapped gas injection ring 52b and lift the mask 18 at the edge 18a whenever it is desired to remove the mask 18 from the support pedestal 16. The pedestal gas injection ring 52 consists of material layers 53, 55 of different electrical characteristics that are selected to match the RF impedance provided by the combination of the quartz mask 18 and the aluminum plateau 44a at the frequency of the bias generator 48. (Both the cover ring 52a and the capture ring 52b are composed of different layers 53 and 55.) Furthermore, the upper surface of the capture gas injection ring 52 is flush with the upper surface of the mask 18 and extends beyond the end of the mask 18. The wide uniform surface promotes a uniform electric field and sheath voltage across the mask 18 surface during plasma processing. Generally, these conditions are satisfied when the lower gas injection ring layer 55 is made of quartz and the upper gas injection ring layer 53 is made of ceramic such as alumina. The process controller 60 controls the gas panel 36, the RF generators 24, 26, 48 and the wafer handling device 61. The wafer handling apparatus may include a lift servo 62 coupled to lift pins 56, a robot blade arm 63, and a slit valve 64 on the side wall 12 of the chamber 10.

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。   A series of uniformly spaced titanium screws 70 secure the cathode 44 and equipment plate 46 together around their perimeter. Due to the electrical difference between the aluminum cathode / equipment plates 44, 46 and the titanium screw 70, the screw 70 provides separate non-uniformities in the RF field on the top surface of the cathode 44. Variations in the opposing surfaces of the cathode 44 and the equipment plate 46 create non-uniformities along the periphery of the conductivity between the cathode 44 and the equipment plate 46. Corresponding non-uniformities are imparted to the RF electric field. Because the cathode 44 tends to lift at its center during plasma processing (due to chamber vacuum), the main electrical contact between the cathode 44 and the equipment plate 46 is along its periphery. In order to reduce the sensitivity of electrical conduction between the cathode 44 and the equipment plate 46 which leads to variations in tightness in various titanium screws 70 and (b) variations in surface properties, an annular thin film 72 of a highly conductive material such as nickel is used. , Deposited around the lower surface 44b of the cathode 44. Meanwhile, a matching ring-shaped thin film 74 of nickel (for example) is deposited around the upper surface 46 a of the equipment plate 46. The nickel films 72, 72 are aligned with each other, and the two annular nickel thin films 72, 74 constitute opposing contact surfaces of the pedestal 44 and the equipment plate 46 and are very electrically conductive therebetween. To be evenly distributed. A further improvement in uniform electrical conductivity is achieved by providing an annular groove 76 along the periphery of the lower surface of the cathode 44 and placing a conductive RF gasket 80 in the groove 76. Optionally, a similar annular groove 78 aligned with the groove 76 may be provided on the top surface of the equipment plate 46. Because the cathode 44 and equipment plate 46 are pressed together and the screw 70 is tightened, the RF gasket 80 may be of any suitable conventional type, such as a compressed thin metal helix. In order to reduce or eliminate point non-uniformities in the electric field distribution that tend to occur at the head of the titanium screw 70, a continuous titanium gas injection ring 82 is placed in the annular groove 84 around the top surface of the cathode 44.

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。   FIG. 2A shows the mask support pedestal 16 and the lift assembly 90 below it. The lift assembly 90 includes a lift spider 92 driven by a pneumatic actuator or lift servo 94 and three lift pins 56 mounted on the lift spider 92. The lift pin 56 is guided by a lift bellows 96 that includes a rolling bearing 98 for very smooth and substantially frictionless movement (to reduce contamination caused by wear). FIG. 2B shows the cathode 44 with the trapped gas injection ring 52b and the mask 18 in the raised position. When the mask is raised, the robot blade can come into contact with the mask 18 by the void formed by the separation of the cover ring 52a and the capture ring 52b.

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。   The problem of very low center etch rate distribution across the entire surface of mask 18 is solved by changing the distribution of the electrical properties (eg, electrical permittivity) of cathode plateau 44a. This is accomplished in one embodiment by providing a central insert 102 and a surrounding outer insert 104 on the top surface of the plateau 44a. The two inserts form a flat surface continuous with the pedestal gas injection ring 52 and are made of electrically different materials. For example, in order to reduce the tendency for the etch rate distribution to be very low at the center, the center insert 102 is made of a conductive material (eg, aluminum) and the outer insert 104 is made of an insulating material (eg, a ceramic such as alumina). To do. By making the center insert 102 conductive in this manner, the impedance path for the RF current is much lower and boosts the ion energy and etch rate at the center of the mask 18. On the other hand, the insulating outer insert 104 exhibits a high impedance, which reduces the etch rate around the mask 18. This combination improves the etching rate distribution and makes it more uniform. With this feature, the etching rate distribution can be finely adjusted by adjusting the relative RF power levels applied to the inner and outer coil antennas 20,22. Changes in the radial distribution of plasma ion density necessary to achieve a uniform etch rate distribution are reduced to a very small amount, within the capability of RF power distribution between the inner and outer coils 20, 22, and uniform. Etch rate distribution is achieved. FIG. 3 is a plan view of the inner insert 102 and the outer insert 104. In an alternative embodiment, the inserts 102, 104 may be insulators having different dielectric constants (electrical dielectric constants). 4 and 5 show the details of this concept. The four concentric rings 102, 104, 106, 108 with gradually different electrical characteristics are used to make the etching rate distribution more uniform. 6 and 7 show a modified embodiment in which real-time adjustment of the distribution of the RF electrical characteristics of the cathode 44 is performed. The plunger 110 adjusts the axial position of the movable aluminum plate 112 in the hollow cylinder 114 inside the cathode 44. The aluminum plate 112 is in electrical contact with the remainder of the aluminum plateau 44a. An insulator (eg, ceramic) top film 116 can cover the top of the cathode 44. Pushing the aluminum plate 112 near the top of the cylinder 14 reduces the electrical impedance through the central region of the cathode 44 and increases the etch rate at the center of the mask 18. Conversely, if the aluminum plate 112 is moved downward from the cylinder 114 away from the mask 18, the etching rate at the center of the mask decreases. An actuator 118 that controls the axial movement of the plunger 110 can be managed by the process controller 60 (FIG. 1) to adjust the etch rate distribution to maximize uniformity or compensate for non-uniformity. .

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。
Etch rate monitoring and endpoint detection from the back side of the mask The high manufacturing cost of periodically interrupting the etching process to measure the etching depth or critical dimension of the mask, through the cathode 44 and of the mask or substrate 18 Reduce or eliminate by using optical sensing through the backside. Performing such periodic measurements has required interruption of the etching process due to poor etch selectivity to the photoresist. Usually, the mask material is etched later than the photoresist. This problem is generally addressed by depositing a thick layer of photoresist on the mask, but high rate etching of the resist causes the photoresist surface to be randomly non-uniform or rough. This roughness affects the light passing through the photoresist and introduces noise in the optical measurement of critical dimensions or etch depth. Therefore, the photoresist is temporarily removed for each period measurement to ensure noise-free optical measurement. Prior to restarting the interrupted mask etch process, it is necessary to re-deposit the photoresist and redraw the reticle pattern on the photoresist.

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。   The mask etch plasma reactor shown in FIG. 8 eliminates these problems and allows continuous measurement of critical dimensions or measurement of etch depth during the entire etching process. Meanwhile, the mask or substrate 18 remains in place on the mask support pedestal 16 using the backside optical measurement device provided within the cathode 44. The back side measuring device utilizes the optically transparent nature of the mask substrate 18 which is generally quartz. The thin film deposited thereon (such as chromium silicide or molybdenum) may be opaque, but the formation of the patterned openings that define the reticle pattern of the mask 18 can be optically sensed. The change in light intensity reflected by or transmitted through such a layer is measured behind the mask through the cathode 44. This measurement may be used to perform etch process endpoint detection. When etching quartz material, optical depth measured on the back side of the mask through the cathode 44 may be sensed to perform etch depth measurements in real time during the etching process. One advantage is that the image or optical signal sensed from the back side of the mask is not affected by photoresist noise, or at least affected compared to trying to perform such a measurement from the top surface of the mask 18 (the photoresist side). There is very little.

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。   For these purposes, the reactor of FIG. 8 has a recess 120 in the upper surface of the cathode 44, in which a lens 122 is housed, with the optical axis facing the back side of the mask or substrate 18. ing. A pair of optical fibers 124 and 126 having a small diameter with respect to the lens 122 have end portions 124a and 126a in the vicinity of or in contact with the lens 122, and both are arranged next to each other along the optical axis of the lens 122. . Each of the optical fibers 124 and 126 shown in FIG. 8 may actually be a small bundle of optical fibers. The optical fiber 124 has a second end 124 b coupled to the light source 128. The light source emits light at a wavelength at which the mask 18 is transparent, typically a visible wavelength for a quartz mask. For interference depth measurement, the wavelength spectrum of the light source 128 is selected to promote local coherence of the reticle pattern of the mask 18. For periodic features (or periodic feature sizes less than 1 micron) in an etched mask structure of about 45 nm, this requirement is met when the light source 128 emits a visible light spectrum. The optical fiber 126 has a second end 126 b coupled to the optical receiver 130. In the case of simple end point detection, the optical receiver 130 may simply detect the light intensity. In the case of a critical dimension (eg, line width) measurement, the optical receiver 130 may sense an image of an etched line in the field of view of the lens 122. From this, the line width is determined. In the case of etching depth measurement, the optical receiver 130 may detect an interference pattern or interference fringe. From this, the etch depth is determined (ie inferred from the interference or diffraction pattern or calculated from the interference fringe count). In other embodiments, the optical receiver 130 may include a spectrometer for performing multi-wavelength interference measurements. From this, the etch depth is inferred or calculated. For such determination, the process controller 60 includes an optical signal processor 132 that can process the optical signal from the optical receiver. Such optical signal processing performs each process end point detection from ambient light intensity changes, measures critical dimensions from a two-dimensional image sensed by the optical receiver 130, calculates the etch depth by counting interference fringes, The etch depth is determined from the wavelength interference spectrum (in this case, the optical receiver 130 comprises a spectrometer) (depending on the particular implementation). Alternatively, using such a spectrometer, the end point of the etching process may be detected using light emitted by plasma from the backside of the wafer by light emission analysis and transmitted through the transparent mask 18. In this case, the light source 128 is not used.

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。   The process controller 60 responds to the process end point detection information (or etching depth measurement information) from the optical signal processor 132 in response to various configurations of the plasma reactor including the RF generators 24, 26, and 48 and the wafer handling device 61. Control elements. Generally, the process controller 60 stops the etching process and removes the mask 18 from the pedestal 16 when the etching process end point is reached.

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。   FIG. 9 is a graph showing ambient reflected light intensity sensed from the top (photoresist coating) side of the mask as a function of time during the chrome etching process (the chrome thin film on the quartz mask surface is etched according to the mask reticle pattern). ) The large fluctuation shown in the graph of FIG. 9 represents noise induced by the roughness of the upper surface of the photoresist layer. A broken line represents a step function signal hidden in noise. The step function is consistent with the end point of the chrome etching process. FIG. 10 is a graph of the same measurements taken from the backside of the wafer through the cathode 44 of the reactor of FIG. The optical receiver 130 senses the reflected light level. The photoresist induced noise is greatly reduced and the endpoint definition step function is clearly visible in the optical data. The end of the step function indicates the transition point where the reflected light intensity drops when the etching process reaches the bottom of the chromium thin film. At this point, the reflective surface area of chrome suddenly decreases.

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。   FIGS. 11 and 12 are graphs of light intensity over time (or equally spaced), as sensed by the optical receiver 130 in FIG. The periodic peak of light intensity corresponds to an interference fringe, the spacing of which is the depth of the etch or the thickness between different surfaces of the periodically spaced periodic features etched in the transparent quartz mask substrate 18. Determine the difference. FIG. 11 shows the intensity sensed through the photoresist from the top of the mask with severe photoresist induced noise components that impair interference fringe detection. FIG. 12 shows the intensity sensed through the back of the mask by the optical receiver 130 of FIG. There is little photoresist induced noise.

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。   FIG. 13 is a graph showing the light intensity as a function of wavelength when the optical receiver 130 is a spectrometer and the light source 128 generates a spectrum of wavelengths. The behavior of the intensity spectrum in the graph of FIG. 13 is unique when interference effects occur between light reflected from different depth surfaces in sub-micron features periodically spaced by the transparent mask 18. At low wavelengths, the peaks are fairly periodic and are evenly spaced. A significant optical effect is interference. At high wavelengths, the local coherence between the periodic features of the mask 18 is not strong and the effects of diffraction become increasingly greater with increasing wavelength. As a result, the intensity behavior at high wavelengths becomes more complicated rather than very uniform as shown in FIG. The peak spacing in FIG. 13 is a function of the etching depth, especially at low wavelengths, and is inferred from the spacing between peaks.

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。   FIG. 14 shows an embodiment of the reactor of FIG. The optical receiver 130 is an ambient light intensity detector and the optical signal processor 132 is programmed to look for a large curve (step function) in the total reflected light intensity corresponding to the endpoint detection graph of FIG. The light source 128 of the present embodiment can be any suitable light source. Alternatively, the light source 128 can be omitted and the light sensor 130 simply responds to light from the plasma transmitted through the transparent mask or substrate 18.

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。   FIG. 15 is an interference fringe detector in which the optical receiver 130 is sufficiently focused by the lens 122 to determine the interference fringes, and the optical signal processor 132 is programmed to count the interference fringes. The etch depth in the transparent quartz mask 18 is calculated (eg, from intensity versus time data of the type shown in FIG. 12). This calculation gives an almost instantaneous etch depth. This is compared by logic 200 with a user-defined target depth stored in memory 202. The logic 200 detects consistency between the stored value and the measured depth value using conventional numerical matching or minimal routines. Due to the matching, the logic 200 flags an etching end point in the process controller 60.

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。   FIG. 16 shows an embodiment of the reactor of FIG. 8 using the interferometry technique of FIG. 13 to measure or determine the etch depth in the transparent quartz mask or substrate 18. In this case, the light source 128 emits multiple wavelengths or spectra in the visible range (for periodic mask feature sizes of about a few hundred nanometers or less). The optical receiver 130 is a spectrometer. A signal conditioner and analog to digital converter 220 converts the spectral information collected by the spectrometer 130 (corresponding to the graph of FIG. 13) into digital data that can be processed by the optical signal processor 132. One mode in which end point detection can be performed is to calculate the etching depth from the interval between periodic peaks in the low wavelength range of the data shown in FIG. 13, as described above. Comparison logic 200 may compare the instantaneous measured etch depth with a user-defined target depth stored in memory 202 to determine if the etch process endpoint has been reached. In other modes, the comparison logic 200 converts the digitally represented wavelength spectrum (corresponding to the graph of FIG. 13) representing the instantaneous output of the spectrometer 130 into a known spectrum corresponding to the desired etch depth. It is strong enough to compare with. This known spectrum may be stored in the memory 202. An etch process end-point flag is sent to the process controller 60 by a match or approximate match between the measured spectrum and the stored spectrum detected by the comparison logic 200.

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。   FIG. 17 shows an embodiment of the reactor of FIG. 8, wherein the optical receiver 130 is an emission spectrometer that can distinguish emission lines from the optical radiation emitted by the plasma in the chamber, and emission analysis (OES). Is implemented. The processor 132 is an OES processor programmed to track (or detect disappearance) the intensity of a selected optical line corresponding to a chemical species indicative of the material of the layer being etched. Upon a predetermined transition (eg, the disappearance of the chrome wavelength line in the OES spectrum during the chrome etch process), the processor 132 sends an etch process endpoint detection flag to the process controller 60.

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。   FIG. 18 shows an embodiment constructed by having a pair of lenses 230, 232 in recesses 231, 233 spaced apart on the surface of the cathode 44. The lenses 230 and 232 are collected to determine an interference fringe, and the collected light is transmitted by each optical fiber 234 and 236 that faces or contacts each lens 230 and 232. The optical fibers 234, 236 are coupled to an interference detector 238 (which can be either a fringe detector or a spectrometer). Detector 238 has an output coupled to process controller 60. The lenses 230 and 232 receive light from the light source 240 through the optical fibers 242 and 244. This light is reflected back from the upper surface of the mask 18 to the lenses 230 and 232 and transmitted to the detector 238 through the optical fibers 234 and 236. Further, the embodiment of FIG. 18 has a third recess 249 on the cathode surface that houses a third lens 250 that is coupled through an optical fiber 252 to the input of an OES spectrometer 254. The OES processor 256 processes the output of the OES spectrometer 254 to perform end point detection and communicate the result to the process controller 60. The cathode 44 of the embodiment of FIG. 18 is shown in FIG. Three recesses 231, 233, 249 that house each lens 230, 232, 250 are shown. FIG. 20 shows corresponding holes 260, 261, 262 for receiving in an equipment plate 46 optic (not shown) that supports the lenses 230, 232, 250. FIG. 21 is a cross-sectional view showing coupling of an optical fiber to a lens inside the pedestal 16.

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。   Although the reactors of FIGS. 16, 17 and 18 have been described as using spectrometers 130 (FIGS. 16 and 17) and 254 (FIG. 18), one or more spectrometers 130 or 254 are tuned to a predetermined wavelength. The optical wavelength filter may be replaced. Each of these optical wavelength filters may be combined with a photomultiplier tube to improve the signal amplitude.

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、CHF+CF+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)。
Backside Endpoint Detection Mask Etching Process FIGS. 22A and 22B illustrate a process for etching a reticle pattern in the mask quartz material. In FIG. 22A, the quartz mask substrate 210 is covered with a photoresist layer 212 having a periodic structure of spaced lines 214 and openings 216 defined in the photoresist layer 212. In the reactor of FIG. 15 or 16, a CHF 3 + CF 4 + Ar crystal etching process gas is introduced into the chamber 10, power is applied by the RF generators 24, 26 and 48, and the crystal material is formed in the photoresist layer 212. Etching is performed in the opening 216. The crystal etch depth is continuously measured by the interference between the light 218 reflected from the etched upper surface of the quartz substrate 210 and the light 219 reflected from the unetched upper surface. The etching process is stopped as soon as the desired etching depth is reached (FIG. 22A). Next, the photoresist is removed to form a desired mask (FIG. 22B).

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、Cl+O+CF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、CF+Cl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、CH+CF+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。 FIGS. 23A-23E illustrate a photoresist layer having an underlying quartz mask substrate 210, a molybdenum silicide layer 260 (containing silicon molybdenum oxynitride), a chromium layer 262, a chromium oxide antireflective coating 264, and an opening 268. A process for etching a three-layer mask structure of 266 is shown (FIG. 23A). In the step of FIG. 23B, the chrome layer 262 and the anti-reflective coating 264 are Cl 2 + O 2 + CF in a plasma reactor chamber with simple reflectance endpoint detection (chamber of FIG. 14) or OES endpoint detection (chamber of FIG. 17). Etching using a chrome etching process such as 4 . The photoresist layer 266 is removed (FIG. 23C). The molybdenum silicide layer 260 is etched as shown in FIG. 23D using a process gas which is an etching solution of molybdenum silicide such as CF 6 + Cl 2 and using the chromium layer 262 as a hard mask. This step is performed in a plasma reactor with an endpoint detector, such as by the simple ambient reflectivity, or by OES endpoint detection, such as the chamber of FIG. In FIG. 23E, the chromium layer 262 and the chromium oxide anti-reflective coating 264 are removed using a chromium etching process such as CH 3 + CF 4 + Ar. This step can be performed using the reactor of FIG. 14 or 17 with a simple endpoint detector without etching depth measurement. This leaves a quartz mask substrate with a layer overlying the molybdenum silicide defining the reticle pattern.

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、Cl+O+CF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、CHF+CF+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。 24A-24E illustrate a process for manufacturing a binary mask made of periodic chrome lines at the exposed quartz transparent quartz mask side-face periodic intervals. The exposed quartz spacing is alternately etched to a depth where the transmitted light is phase shifted by a desired angle (eg, 180 degrees). FIG. 24A shows an initial structure consisting of a quartz mask substrate 300, a chromium layer 302, a chromium oxide antireflective coating 304 and a photoresist layer 306. In the step of FIG. 24B, the chromium and chromium oxide layers 302, 304 are etched in a process gas of Cl 2 + O 2 + CF 4 in a reactor chamber such as the chamber of FIG. In the step of FIG. 24C, the photoresist layer 306 is removed and then the exposed portion of the quartz mask substrate 300 is etched in a CHF 3 + CF 4 + Ar quartz etching process gas, as shown in FIG. 24D. The crystal etching step of FIG. 24D is performed in a reactor chamber that can sense or monitor the etching depth of the crystal mask substrate 300, such as the chamber of FIG. 15 or 16. During the etching process, the instantaneous etching depth is continuously monitored and as soon as the target etching depth is reached with the mask 300, the etching process is stopped. The final result is shown in FIG. 24E.

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。
Continuous Monitoring of Etch Rate Distribution over the Mask Surface FIGS. 25 and 26 show an embodiment of the wafer support pedestal 16 of FIG. On the top surface of the cathode 44 is provided a matrix of backside etch depth sensing elements (lenses and optical fibers). An instantaneous image or sample of the etch rate distribution or etch depth distribution is continuously provided over the entire surface of the mask or substrate during the etching process without interrupting the etching process or otherwise interfering with the mask substrate. The aluminum plateau 44 a has a matrix of openings 320 on its upper surface, and each opening holds a lens 322 facing the back side of the mask substrate 300. A light source 324 provides light through an output optical fiber 326 coupled to each lens 322. Lens 322 provides sufficient light collection to determine interference fringes. An interference detector 328, which can be either a sensor that facilitates fringe counting or a spectrometer, is coupled to an input optical fiber 330 that is coupled to each lens 232. A switch or multiplexer 332 continuously enters light from each input optical fiber 330 into the detector 328. There are three modes in which the apparatus of FIGS. 25 and 26 operates. In the first mode, the etching depth in the field of view of one of the lenses 322 is calculated from the spacing between the interference fringes. In the second mode, the detector 328 is a spectrometer and the etch depth in the field of view of one of the lenses 322 is calculated from the low wavelength peak spacing of the multi-wavelength interference spectrum (corresponding to FIG. 13). In the third mode, the multi-wavelength interference spectrum is detected instantaneously and compared with a library of spectra 340 with known corresponding etch depths. The etching rate distribution is calculated from the etching depth and elapsed time. This distribution records the etch non-uniformity of the process and is provided to the process controller 132. The controller 132 can reduce non-uniformities in the etch rate distribution in response by adjusting the tunable features of the reactor.

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。   The embodiment of FIGS. 25 and 26 is shown as having a 3 × 3 matrix of etch depth sensors or lenses 322 on the top surface of the plateau 44a, but using any number of rows and columns of such sensors. The matrix may be an nxm matrix. Here, m and n are suitable integers.

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。   In one embodiment, the process controller 132 may be programmed to estimate whether the etch rate distribution is high center or low center (from etch rate distribution information provided by the spectrometer or sensor 130). In response to this information, the process controller 60 can reduce non-uniformities by adjusting certain adjustable features of the reactor. For example, the process controller 60 may change the RF power distribution between the inner and outer coils 20,22. Alternatively or in addition, the process controller 60 may change the height of the movable aluminum plate 112 in the reactor of FIGS. Feedback from an array or matrix of etch depth sensing elements in plateau 44a allows process controller 60 to improve etch rate distribution uniformity through continuous trial and error of reactor tunable elements.

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。
Real-time configurable process gas distribution FIGS. 27 and 28 illustrate the embodiment of the plasma reactor of FIG. 1 having an array of independently controllable gas injection orifices or nozzles 32. By separately controlling the different nozzles 32, the gas distribution within the chamber 10 can be altered to compensate for the non-uniform distribution of etch rates across the workpiece or mask 18. In the illustrated embodiment, the array of gas injection nozzles 32 is located on the side wall 12 near the ceiling 14. To this end, the reactor includes an upper gas injection ring 338 held between the top of the sidewall 12 and a removable lid 342 having a bottom surface that forms the ceiling 14. An outer shoulder 344 on the bottom surface of the upper gas injection ring 338 is disposed on the upper portion of the side wall 12. An internal shoulder 346 on the top surface of the gas injection ring receives the end of the lid 342. An outer shoulder 348 is provided on the bottom surface of the lid 342 disposed on the inner shoulder 346 of the gas injection ring 338. The gas injection orifice or nozzle 32 is formed in the vertical inner surface 349 of the gas injection ring 338 and is defined as the inner diameter of the gas injection ring 338. The gas flow to each injection nozzle 32 is individually controlled by a separate valve 350. There is one valve 350 for each nozzle 32. The process gas supplied from the gas panel 36 flows through the gas supply line 352. This is coupled to an input port 354 formed in the gas injection ring 338. A gas supply outlet 356 formed in the gas injection ring 338 outputs the process gas received at the input port 354. A series of severable gas flow lines 358 form a continuous connection around the periphery of the gas injection ring 338. This conveys process gas from each gas supply outlet or port 356 to a corresponding set of valves 350.

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。   In the preferred embodiment, each valve 350 is pneumatically controlled and has an input flow port 350a, an output flow port 350b, a controlled gas outlet port 350c, and a pneumatic control input port 350d. The output port 350c provides a controlled process gas flow to the corresponding single nozzle 32. Process gas flows freely from the input flow port 350a to the output flow port 350b. The compressed air pressure at the control input port 350d determines whether the process gas passing through the flow ports 350a, 350b has turned to the gas outlet port 350c. Since such pneumatic control valves are well known, their internal structure need not be disclosed here. The gas flow lines 358-1 and 358-2 are connected from the gas supply outlets 356-1 and 356-2 to the input flow ports 350a of the valves 350-1 and 350-2. The remaining gas flow lines 358 are connected from the output flow port 350a of one valve 350 to the input flow port 350b of the continuous valve 350, respectively. Thus, the gas flow through the series of valves 350 on the left side of the diagram of FIG. 28 is counterclockwise, while the gas flow through the series of valves 350 on the right side of the diagram of FIG. 28 is clockwise. .

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。   Gas flow from each output port 356 to a series of valves 350 connected thereto is not blocked by a series of intervening valves 350. Each valve 350 can be “on” to turn on and off the other valves 350 to provide gas flow to the corresponding gas injection orifice 32, which ends the gas flow to that injection orifice. can do. The valve structure processor 360 controls all of the valves 350 and can turn any combination of the valves 350 on and off via the valve control link 362. As described above, in the preferred embodiment, the valve 350 is a pneumatic valve and the control link 362 is a pneumatic (air) tube, eliminating the presence of electrical conductors near the coil antennas 20,22. In the embodiment of FIG. 28, the compressor 364 provides air under pressure to an array of solenoidal (ie, electrically controlled) valves 365, and the pressurized air to the pneumatic control input 350a of each pneumatic valve 350. Control application. The valve structure processor 360 controls the solenoid valve 365 through an electrical link remote from the coil antennas 20, 22.

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。   FIG. 29 shows a variation of the embodiment of FIG. 28 in which the valves 350 are each electrically controlled rather than pneumatically controlled. In FIG. 29, each control link 362 is an electrical line that extends directly from the controller 360 to a corresponding one valve 350, and the array of air compressors 364 and compressed air solenoid valves 365 is eliminated.

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。   Referring again to FIGS. 27 and 28, each orifice 32 is formed from a radial cylindrical passage 366 through a gas injection ring 338. The hollow cylindrical sleeve 368 is housed in the passage 366 and the tip 368a of the sleeve 368 forms a gas injection orifice. Each sleeve 368 may be formed of a ceramic material and removable. Details of the gas injection orifice or nozzle 32 are described in FIGS. 36A and 36B. A controlled gas outlet port 350 c of each valve 350 is connected from the short gas supply line 370 to the outer end of the corresponding radial passage 366. The entire gas distribution assembly is modular and immediately disassembled by connection (separation) by an outer gas supply line 358 and a short gas supply line 370, respectively. The sleeve 368 can be removed separately from the hole 366. In this way, the gas distribution component and assembly support of the gas injection ring 338 can be easily facilitated separately without the need to remove or replace more expensive components of the reactor, such as the gas injection ring 338, for example. Exchanged.

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。   30A-30D are graphs of the etch depth distribution across the mask 18 obtained over a period of time for the etch process performed in the reactor of FIGS. 27 and 28 for different valve configurations. The etching distribution in FIG. 30A is obtained when all the valves 350 are opened, and is usually an etching distribution having a low center. The entire mask surface has a high non-uniformity or variation of 0.51%. The distribution of FIG. 30B is obtained by closing the pair of proximity valves 350a and 350b and opening the remaining valves 350, and is a substantially uniform distribution with a non-uniformity or variation of only 0.38%. FIG. 30C was obtained by returning the valve configuration with all valves 350 open. The distribution in FIG. 30C has a lower center. The distribution of FIG. 30D was obtained by closing different pairs of proximity valves 350c, 350d. The resulting distribution was more uniform, not very low in the center, and the variation was only 0.40%.

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。   FIG. 31 shows an alternative embodiment in which the gas injection nozzles 32 are arranged in a gas injection ring 338 in a zigzag or “W” pattern. Each nozzle is controlled independently as in the previous embodiment. The injection pattern may be moved relative to the ceiling by operating only the upper row 32a or only the lower row 32b of the nozzles. The distance between the nozzles may be changed by operating only the selected nozzle 32 (for example, every third nozzle or every fourth nozzle). FIG. 32 is a cross-sectional view of a portion of the gas injection ring 338 showing how the nozzles 32 may be arranged to spray in different directions. A large change in gas distribution is obtained, for example, by a valve structure controller 360 that turns on only nozzles 32 oriented in a particular direction. For example, all of the nozzles 32c angled toward the right in FIG. 32 may be turned on at the same time except for the other nozzles. For example, turning all of the nozzles 32d angled to the left on, while turning off all others, including all the nozzles 32c angled to the right, can result in significant changes or corrections.

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。
Control of Adjustable Reactor Elements with Feedback from an Array of Backside Etch Depth Measurement Sensors Referring to FIGS. 33 and 34, the output of the two-dimensional array of backside etch depth sensors of FIGS. Feedback control of the adjustable elements of the reactor takes place. The adjustable element or elements may include the array of separately controlled gas injection nozzles 32 of FIGS. Alternatively, or in addition, an adjustable element controlled by such a feedback loop is the RF power distribution between the inner and outer coils 20, 22, or the height of the movable aluminum plate 112 in the reactor of FIGS. May be included.

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。   With feedback from an array or matrix of etch depth sensing elements 130 in FIGS. 25 and 26, the process controller 60 can improve etch rate distribution uniformity through continuous trial and error adjustment of the reactor tunable elements. . In FIG. 33, the feedback loop begins with an array 400 of backside etch depth sensors 130 of FIGS. The process controller 60 is programmed to use an instantaneous etch depth measurement image of the entire mask 18 to estimate the location and magnitude of the non-uniformity in the etching rate of the mask 18 and reduce or eliminate such non-uniformities. Estimate the most likely change in a particular tunable element in the reactor. This information is converted by the processor 60 into a command (or commands) to be sent to one, some or all of the adjustable elements of the reactor. Thus, FIG. 33 shows the output signal path from the processor controller 60 to any one or all adjustable elements present in the reactor. These are the inner and outer antenna RF power generators 24, 26 (for inner and outer RF power distribution), the actuator 110 for the movable aluminum plate 112, the nozzle array controller 360 of an array of adjustable nozzles 32.

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。   The feedback loop is operated continuously throughout the entire mask etch process to reduce the non-uniformity read by the processor 60 from the “image” of the etch rate distribution across the mask 18, thereby reducing the etch rate across the mask 18. Improve distribution uniformity. The feedback can be managed by the processor 60 software to perform trial and error correction. Alternatively, the software of the processor 60 can incorporate commercially available neural training and feedback learning techniques that allow the processor 60 to read the non-uniformities in the etch rate distribution with a more intelligent response. . Such software technology does not form part of the present invention.

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。   In one embodiment, feedback commands for an adjustable element (or elements) are generated to reduce variations in the array of etch depth sensors. In other embodiments, feedback may be selected to address specific non-uniformities. For example, the etch rate distribution sensed by the array of sensors 130 is very high in the quadrants or corners of the mask 18, where the valve structure processor issues a command to limit the gas flow in that quadrant. Reduce to the amount of (trial) done. This measure may increase this adjustment in the gas flow distribution if the subsequent image obtained from the array of backside sensors 130 yields limited results. This adjustment and correction cycle may continue until there is no further improvement in etch rate distribution uniformity.

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。   Other non-uniformities may be addressed on a similar basis after correcting the first one. For example, assume that the etching rates at different positions are very high. In this case, for a number of samples of the etch rate distribution “image” from the array of backside sensors 130, the gas flow to that location is reduced as long as this non-uniformity results in some reduction.

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。   In case of symmetric etch rate non-uniformity (eg high at center or low distribution at center), the height of the aluminum plate 112 or the RF power distribution between the inner and outer coils 20, 22 can be adjusted symmetrically Various elements may be used by processor 60 to reduce non-uniformities using a feedback control loop. For example, a low etch rate distribution at the center does not add much non-uniformity by the processor 60 and either raises the aluminum plate 112 or increases the distribution of RF power to the inner coil 20 (relative to the outer coil 22). This (or both) increases the etch rate at the center of the mask 18. In the feedback loop, this change is initially small and as the etch distribution image from the array of backside sensors 130 improves uniformity, the position of the aluminum plate and / or the distribution of power to the inner coil 20 further increases. This cycle may continue until no further improvement is observed. All of the techniques described above may be incorporated into software executed by the process controller 60.

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。   FIG. 35 shows one possible example of a feedback cycle implemented by the process controller 60 in the embodiment of FIGS. First, the processor 60 obtains at least a two-dimensional image of the etch rate across the mask surface from the array of backside sensors 130 (block 380 in FIG. 35). From this image, the processor 60 estimates a non-uniform pattern of the etch rate distribution (block 382) and selects an adjustment to one of the reactor's tunable elements from a list of options that reduce the non-uniformity (block). 384). After making this adjustment (block 386), the processor 60 obtains the latest etch rate distribution image (block 388) and compares it with the previous image taken before the adjustment. If there is an improvement (reduction in non-uniformity), the processor 60 repeats the same cycle, so that the same smooth adjustment is probably further increased. If there is no improvement (NO in block 390), remove the selected adjustment from the list of options (block 392) and return to the step in block 384 to select a different adjustment.

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(Al)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。 FIG. 36A is a cross-sectional side view of one embodiment of a gas injection orifice or nozzle 32 inserted into the radial cylindrical passage 366 of the gas injection ring 338 of FIGS. As described above, the nozzle 32 is configured to be easily removed from the radial cylindrical passage 366 for easy replacement. The nozzle 32 includes a hollow cylindrical sleeve or hollow body 368, which may be made of a material compatible with a process such as metal or ceramic. In one embodiment, the hollow body 368 is made of an aluminum or ceramic material, such as an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) material. The hollow body 368 has a first outer diameter 3620 and a smaller second outer diameter 3615 forming a tip 368a. In one embodiment, the first outer diameter 3620 is about 50% larger than the second outer diameter 3615.

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。   One challenge presented by other nozzles relates to the removal or installation of the nozzle being replaced. This is because the previous nozzle includes a surface, thread or other coupling mechanism and tends to stick or fasten the nozzle to the passage 366. In addition, because these conventional nozzles must be rotated, turned, pulled or otherwise separated from the passageway, the gas injection ring 338 (FIG. 27) must be removed from the chamber. This creates a long downtime and adversely affects throughput. The nozzle 32 allows for easy replacement by reducing the surface and / or minimizing the connecting connections that tend to stick and fasten. Thus, replacing the nozzle 32 does not require extensive chamber disassembly as previously and minimizes tool downtime.

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。   The hollow body 368 also includes a longitudinal passage formed therethrough, which includes a first passage 3605 and a second passage 3610. In one embodiment, the hollow body 368 includes a first passage 3605 that begins at a first outer diameter 3620 portion, the first passage 3605 extending at least partially through a second outer diameter 3615 portion of the tip 368a. ing. The first passage 3605 has a first diameter, and the second passage 3610 has a second diameter that is smaller than the first diameter. The first passage abruptly transitions to the second diameter at an interface of about 90 degrees. In one embodiment, the second passage 3610 has a diameter that is about one-fourth smaller than the diameter of the first passage 3605. The second outer diameter 3615 also includes a side passage 3618 that opens to the first passage 3605. The side passageway 3618 may have a diameter that is substantially equal to the diameter of the second passageway 3610 and generally disposed normal to the second outer diameter 3615 or the first passageway 3605.

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。   36B is an exploded side view of a portion of the body 368 shown in FIG. 36A. The interface between the first outer diameter 3620 portion and the second outer diameter 3615 portion is coupled by a radiation surface 3625. This surface extends orthogonally from the second outer diameter 3615 portion to the first outer diameter 3620 portion. In one embodiment, the radiating surface 3625 has a relief 3630 that may be a chamber, bevel, or radius that transitions to the first outer diameter 3620. Surface 3625 includes an annular groove 3635 formed therein. This may be configured as an o-gas injection ring groove that receives an o-gas injection ring (not shown). In one embodiment, the portion of the first outer diameter 3620 that includes a radially outward surface 3625 from the annular groove 3635 may be removed, as indicated by the dashed line 3622. In this configuration, the surface 3625 may be stepped and the o-gas injection ring is aligned with the stepped portion rather than the annular groove. In certain embodiments, the surface 3625 includes a radius 3640 that transitions to a second outer diameter 3615. The annular groove 3635 (or the stepped portion after the portion indicated by the broken line 3622 is optionally removed) may include a surface without scratches or marks by tools. In one embodiment, the surface may be finished to have an average surface roughness (Ra) of about 16 μm. The surface of the hollow body 368 except for the annular groove 3635 may also be finished to Ra of about 32 μm. In one embodiment, the tip 368a includes a relief 3612 that may be a chamber, bevel, or deformation that relaxes the end of the face of the tip 368a.

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。   Although the above description relates to an embodiment of the present invention, other and further embodiments of the present invention can be created without departing from the basic scope thereof, the scope of which is a utility model registration request. It is determined based on the range.

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。   In order that the exemplary embodiments of the present invention may be understood in detail, the invention briefly summarized above will be more specifically described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings. Certain well-known processes are not described herein in order not to obscure the present invention.

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。1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a plasma reactor for performing a mask etching process. 図1のリアクタの低部の等角投影切欠図である。FIG. 2 is an isometric cutaway view of the lower portion of the reactor of FIG. 1. 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。FIG. 2 is an isometric partial cutaway view of the mask support pedestal of the reactor of FIG. 1 in the raised position. 図1のリアクタのカソードの平面図である。It is a top view of the cathode of the reactor of FIG. ~ 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。FIG. 6 is a plan view and a side view of a modified embodiment of the cathode of the reactor of FIG. 1. ~ 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。FIG. 6 is a plan view and a side view of another modified embodiment of the cathode of the reactor of FIG. 1. 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。It is a schematic side view of the plasma reactor which has a back side end point detection apparatus. ~ 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。It is a graph of the optical end point detection signal obtained from the front side and the back side of the mask. ~ 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。It is a graph of the interference fringe optical signal obtained from the front side and the back side of the mask. 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。FIG. 9 is a graph of a multi-wavelength interference spectrum signal obtained in one embodiment of the reactor of FIG. 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。FIG. 11 is a schematic side view of one embodiment of the reactor of FIG. 8 with backside endpoint detection based on the overall reflected light intensity corresponding to FIG. 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。FIG. 13 is a schematic side view of one embodiment of the reactor of FIG. 8 with backside endpoint detection based on interference fringe counting corresponding to FIG. 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。FIG. 9 is a schematic side view of one embodiment of the reactor of FIG. 8 with backside endpoint detection based on multi-wavelength interferometry. 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。FIG. 9 is a schematic side view of one embodiment of the reactor of FIG. 8 with backside endpoint detection based on luminescence analysis (OES). 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。FIG. 9 is a schematic side view of the reactor of FIG. 8 illustrating an example of backside endpoint detection based on both OES and interference. ~ 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。FIG. 19 is an isometric view of the cathode and equipment plate of the embodiment of FIG. 図19のカソードの断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view of the cathode of FIG. 19. ~ 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。It is a figure which shows a series of processes in the quartz mask etching process using back side end point detection. ~ 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。FIG. 6 shows a series of steps in a chromium-molysilicide-quartz mask etching process using backside endpoint detection. ~ 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。FIG. 6 shows a series of steps in a chrome-quartz mask etching process using backside endpoint detection. ~ 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。FIG. 6 is a schematic side view and an end view of an embodiment in which a real-time etching rate distribution is continuously measured from the back side of the mask. ~ 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。FIG. 3 is an isometric and plan view of an embodiment having an array of separately controllable gas injection nozzles. 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。FIG. 29 is a plan view of an implementation of the embodiment of FIGS. 27 and 28 utilizing a pneumatic valve. ~ 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。FIG. 29 is a graph of etch depth distribution across a mask obtained with a different array of valves of FIGS. 27 and 28 operated. 図27及び28の変形実施形態の等角図である。FIG. 29 is an isometric view of the alternative embodiment of FIGS. 27 and 28; 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。FIG. 29 shows another modified embodiment of the reactor of FIGS. 27 and 28. ~ 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。2 is a block diagram and perspective view of a plasma reactor capable of implementing real-time feedback control of a reactor tunable element based on an instantaneous two-dimensional image of an etch rate distribution. FIG. 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。FIG. 35 is a block diagram of a feedback control process that can be implemented in the reactor of FIGS. 33 and 34. ガス注入ノズルの一実施形態の側断面図である。It is a sectional side view of one embodiment of a gas injection nozzle. 図36Aのノズルの本体の一部の分解側面図である。FIG. 36B is an exploded side view of a part of the main body of the nozzle of FIG. 36A.

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。   To facilitate understanding, identical reference numerals have been used, where possible, to designate identical elements that are common to the figures. The components and features of one embodiment are not specifically listed, but are believed to be advantageously incorporated into other embodiments. However, it should be noted that the accompanying drawings illustrate only typical embodiments of the present invention and are not considered to limit the scope thereof, and the present invention includes other similarly effective embodiments. It is.

Claims (20)

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。
In a plasma reactor, a gas injection nozzle adapted to be modularly coupled to a gas distribution ring, comprising:
A hollow cylindrical body having a first outer diameter portion and a second outer diameter portion defining a tip; and formed longitudinally through the body and at least partially through the first outer diameter portion. A first passage extending to the second outer diameter portion and a coaxial alignment with the first passage, and extending in a longitudinal direction from an end of the first passage to an end of the tip A gas injection nozzle, wherein the first outer diameter portion is larger than the second outer diameter portion.
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。   The nozzle according to claim 1, wherein a side passage disposed at the second outer diameter communicates with the first passage. 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。   The nozzle of claim 1, wherein the first passage has a diameter that is four times larger than the diameter of the second passage. 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。   The nozzle according to claim 1, wherein the hollow cylindrical body includes a radiating surface, and the radiating surface extends orthogonally from the second outer diameter portion to the first outer diameter portion. 前記放射面が、環形溝を含む請求項4記載のノズル。   The nozzle according to claim 4, wherein the radiation surface includes an annular groove. 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。   The nozzle according to claim 1, wherein the hollow cylindrical body is made of a ceramic material. 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。
In a plasma reactor, a gas injection nozzle adapted to be modularly coupled to a gas distribution ring, comprising:
A hollow cylindrical body having a first outer diameter portion and a second outer diameter portion smaller than the first outer diameter diameter portion, and disposed through the first diameter portion, wherein the second diameter portion is A first passage that transitions to a second passage at a 90 degree interface to a second passage disposed therethrough and radiation that couples the first outer diameter portion to the second outer diameter portion A gas injection nozzle, wherein the first outer diameter portion is about 50% larger than the second outer diameter portion.
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。   The nozzle according to claim 7, wherein the radiation surface is disposed orthogonal to the second outer diameter portion. 前記放射面が、環形溝を含む請求項7記載のノズル。   The nozzle according to claim 7, wherein the radiation surface includes an annular groove. 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。   The nozzle according to claim 9, wherein the annular groove has an average surface roughness of 16 μm. 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。   The nozzle according to claim 9, wherein the hollow cylindrical body is made of a ceramic material. 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。   The nozzle of claim 9, wherein the first passage has a diameter that is approximately four times larger than the diameter of the second passage. 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。   The nozzle according to claim 9, wherein a side passage disposed in the second outer diameter portion communicates with the first passage. 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。
In a plasma reactor, a gas injection nozzle adapted to be modularly coupled to a gas distribution ring, comprising:
A hollow cylindrical body having a first outer diameter portion and a second outer diameter portion defining a tip, wherein the first outer diameter portion is larger than the second outer diameter portion; A first passage formed longitudinally through the body and extending at least partially through the first outer diameter portion to the second outer diameter portion; and coaxial with the first passage A second passage that is aligned and transitioned at an interface of 90 degrees and extends longitudinally from the end of the first passage to the end of the tip; and communicates with the first passage And a side passage disposed in the second outer diameter portion, wherein the first passage has a diameter four times larger than the diameter of the second passage.
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。   The nozzle according to claim 14, wherein the first outer diameter portion and the second outer diameter portion include surfaces having an average surface roughness of 32 μm. 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。   The nozzle according to claim 14, wherein the hollow cylindrical body includes a radiating surface extending orthogonally from the second outer diameter portion to the first outer diameter portion. 前記放射面が、環形溝を含む請求項16記載のノズル。   The nozzle of claim 16, wherein the radiating surface includes an annular groove. 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。   The nozzle according to claim 17, wherein the annular groove has an average surface roughness of 16 μm. 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。   The nozzle according to claim 14, wherein the hollow cylindrical body is made of a ceramic material. 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。   The nozzle according to claim 14, wherein the hollow cylindrical body is made of an aluminum oxide material.
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