JP3138693U - Plasma reactor with nozzle and variable process gas distribution - Google Patents
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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
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.
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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、CHF3+CF4+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
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、Cl2+O2+CF4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、CF6+Cl2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、CH3+CF4+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
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、Cl2+O2+CF4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、CHF3+CF4+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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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(Al2O3)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
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
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
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
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.
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)
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.
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.
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.
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