KR200461690Y1 - 캐소드 리프트 핀 어셈블리를 구비한 마스크 식각 플라즈마반응기 - Google Patents

캐소드 리프트 핀 어셈블리를 구비한 마스크 식각 플라즈마반응기 Download PDF

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리차드 레윙턴
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키엠 케이. 엔구옌
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마드하비 알. 찬드라추드
아제이 쿠마르
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Abstract

가공품(workpiece)들을 식각하기 위한 플라즈마 반응기용 리프트 핀이 개시된다. 일 실시예에서, 리프트 핀은 원형 단면을 가진 길이 방향 몸체를 포함하고, 이 몸체는 라운드형 제 1 단부 및 라운드형 제 2 단부, 및 제 2 단부 내에 형성된 노치부를 포함하고, 이 노치부는 플라즈마 챔버 내에 배치된 리프트 플레이트와 분리 가능하게 결합되도록 적응되고, 이 몸체는 제 1 직경부를 포함하고, 노치부는 숄더에 의해 구분되는 더 작은 직경을 구비한 적어도 두 개의 직경부를 포함한다.

Description

캐소드 리프트 핀 어셈블리를 구비한 마스크 식각 플라즈마 반응기{MASK ETCH PLASMA REACTOR WITH CATHODE LIFT PIN ASSEMBLY}
본 발명은 캐소드 리프트 핀 어셈블리를 구비한 마스크 식각 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
초고밀도집적(ULSI) 반도체 웨이퍼의 처리에 사용하기 위한 포토리소그래피 마스크의 제조는 반도체 웨이퍼 공정에서보다 더욱 높은 수준의 식각 균일도를 요구한다. 일반적으로 단일 마스크 패턴은 석영 마스크 상에 4인치 제곱 면적을 점유한다. 마스크 패턴의 이미지는 웨이퍼 상의 단일 다이(1인치 제곱)의 면적으로 초점이 맞춰진 다음, 웨이퍼 전체에 걸쳐 스테핑되어(stepped), 각각의 다이에 대한 단일 이미지를 형성한다. 마스크 패턴을 석영 마스크에 식각하기 전에, 마스크 패턴은 스캐닝 전자 빔에 의해 포토레지스트에 기록되며, 이는 시간을 소모하는 공정으로 마스크의 비용을 매우 높게 한다. 마스크 식각 공정은 마스크 표면 전체에 대해 균일하지 않다. 또한, 포토레지스트 패턴이 기록된 e-빔은 그 자체로 불균일하고, 웨이퍼 상의 피쳐 크기가 45nm인 경우, 전체 마스크에 걸쳐 패턴 크기(critical dimension)(예를 들어, 선폭)는 2-3nm 정도의 큰 편차를 나타낸다. (이러한 편차는 예를 들어, 측정된 모든 선폭(line width)들에 대한 3σ 편차이다.) 포토레지스트 패턴 크기에서의 이러한 불균일성은 통상적으로 상이한 마스크 소스 또는 커스토머(customer) 사이에서 변한다. 현재 요건을 만족시키기 위해서, 마스크 식각 공정은 이러한 편차를 1nm 이상으로 증가시키지 않아야만 하며, 식각된 마스크 패턴에서의 편차는 3-4nm를 초과할 수 없다. 이러한 엄격한 요건은 웨이퍼 상에 선명한 이미지를 달성하기 위한 석영 마스크 패턴에서의 회절 효과의 이용 때문이다. 현재의 기술로는 이러한 조건을 충족시키기 어렵다. 또한, 22nm의 웨이퍼 피쳐 크기를 필요로 할 것인 미래의 기술에서는 더욱 어려울 것이다. 이러한 문제는 식각 바이어스 현상과 복합되어, 마스크 식각 동안의 포토레지스트 패턴의 감소는 석영 마스크 상에 식각된 패턴의 선폭(패턴 크기)의 감소를 야기한다. 이러한 문제점들은 마스크 식각 공정에 고유한 것으로, 포토레지스트에 대한 통상적 식각 물질들(예를 들어, 석영, 크롬, 몰리브덴 실리사이드)의 식각 선택도가 통상적으로 1 미만이기 때문이며, 따라서 마스크 포토레지스트 패턴은 마스크 식각 공정 동안 식각된다.
소정의 마스크 패턴들은 주기적인 개구부를 석영 마스크 안으로 정확하게 한정된 깊이만큼 식각하는 것이 필요하며, 이는 마스크에 의한 웨이퍼의 노출 동안 간섭 광 빔의 극도로 미세한 위상 정렬을 달성하는데 중요하다. 예를 들어, 위상 편이 마스크의 일 형태에서, 각각의 라인은 크롬 라인과 크롬 라인의 양측에 노출된 얇은 석영 라인에 의해 한정되며, 한쪽 측면의 석영 라인은 타 측면의 크롬라인 위로 식각되지 않은 석영 라인을 통과하는 광에 비해 광의 180도 위상 편이를 제공하는 정확한 깊이로 식각된다. 석영의 식각 깊이를 정확하게 제어하기 위해, 식각 공정은 석영의 식각 깊이를 측정하기 위해 주기적으로 식각 공정을 중단함으로써 엄격히 모니터링 되어야 한다. 각각의 이러한 검사는, 마스크 식각 반응기 챔버로부터 마스크를 제거하고, 포토레지스트를 제거하고, 식각 깊이를 측정한 후, 경과된 식각 공정 시간을 기초로 목표 깊이까지 도달하기까지 남아있는 식각 공정 시간을 추정하고, 새로운 포토레지스트를 증착하고, 레지스트에 마스크 패턴을 e-빔 기록하고, 마스크를 마스크 식각 챔버에 다시 삽입하고, 식각 공정을 다시 시작하는 것이 필요하다. 원하는 깊이로 도달하기까지 남아있는 식각 시간을 추정하는 것은 식각 속도가 계속 안정하고, 균일하게 유지된다고 가정한 것이기 때문에 신뢰할 수 없는 판단이다. 이러한 번거로운 과정은 낮은 생산성 및 높은 비용뿐만 아니라 포토레지스트 패턴에 오염 또는 손상이 가해질 가능성이 증가한다는 문제를 포함한다. 그러나 정확하게 제어된 식각 깊이를 위한 요건으로 인해, 이러한 문제점을 해결할 방법이 없는 것으로 여겨진다.
패턴 크기 편차에서 작은 허용 오차는 마스크 표면 전체에 대해 극도로 균일하게 분포된 식각 속도를 필요로 한다. 석영 물질 내로의 정확한 식각 깊이를 요구하는 마스크에서, 2개의 패턴 크기(critical dimensions)가 있는데, 그 중 하나는 선폭이고 다른 하나는 식각 깊이이다. 2가지 형태의 패턴 크기에 대한 균일성은 마스크에 대한 균일한 식각 속도 분포를 필요로 한다. 식각 속도 분포에 있어서의 불균일성은, 플라즈마 이온 밀도의 방사형(radial) 분포를 변화시킬 수 있는 소스 파워 어플리케이터, 예컨대 웨이퍼 상부에 있는 내부 및 외부 코일 안테나로 구성된 유도성 소스 파워 어플리케이터를 사용함으로써, 소정 범위로 감소될 수 있다. 그러나 이러한 방안은 대칭적인 불균일성, 즉 중심이 높은(center-high) 또는 중심이 낮은(center-low) 식각 속도 분포에 대한 문제만을 해결할 수 있다. 실질적으로, 식각 속도 분포의 불균일성은, 예컨대 마스크의 한쪽 코너에서 높은 식각 속도와 같이, 비대칭일 수 있다. 더욱 근본적인 한계는, 내부 코일 및 외부 코일을 구비한 유도성 파워 어플리케이터(applicator)와 같이 조절 가능한 특징인, 식각 속도의 위와 같이 극단적으로 중심이 낮은 분포를 갖는 경향이 있는 마스크 식각 공정이, 중심이 낮은 상태에서 벗어나 식각 속도 분포를 변환할 수 없다는 것이다.
불균일한 식각 속도 분포가 갖는 다른 과제는, 동일한 설계의 다른 반응기들 사이에서 식각 속도 분포가 크게 변하는 경향이 있으며, 또한 캐소드 교체와 같이, 중요 부품 또는 소모성 부품들이 교체될 때마다 동일한 반응기 내에서 식각 속도 분포가 크게 변할 수 있다는 것이다. 식각 속도 분포는, 소모품 교체에 따른 예상치 못한 변화와 함께, 교체되는 부품의 작은 특성 변화에 대해서도 매우 민감하게 반응한다.
다른 과제는 리프트 핀이 손상되었거나 또는 사용에 부적절한 경우 반응기 내의 리프트 핀을 대체하는 것이다. 종래의 리프트 핀들은 깊이 게이지(depth gauge) 및/또는 파스너(fastener) 없이 쉽게 교체될 수 없으며, 이는 반응기의 제한으로 인하여 접근하여 제거하는 것이 어렵다는 것을 입증한다.
따라서 반응기의 현저한 분해 없이 쉽게 제거되거나 교체될 수 있는 리프트 핀이 필요하다.
가공품(workpiece)들을 식각하기 위한 플라즈마 반응기용 분리 가능한 리프트 핀이 개시된다. 일 실시예에서, 리프트 핀은 원형 단면을 가진 길이 방향 몸체를 포함하고, 이 몸체는 라운드형 제 1 단부 및 라운드형 제 2 단부, 및 제 2 단부 내에 형성된 노치부를 포함하고, 이 노치부는 플라즈마 챔버 내에 배치된 리프트 플래이트와 분리 가능하게 결합되도록 적응되고, 이 몸체는 제 1 직경부를 포함하고, 노치부는 숄더에 의해 구분되는 더 작은 직경을 구비한 적어도 두 개의 직경부를 포함한다.
다른 실시예에서, 리프트 핀은 원형 단면, 제 1 단부, 및 제 2 단부를 구비한 세로 샤프트(longitudinal shaft)를 포함하고, 제 2 단부는 제 2 직경 섹션 및 제 3 직경 섹션을 포함하고, 제 2 직경 섹션 및 제 3 직경 섹션은 제 1 직경 섹션 보다 더 작은 직경을 가지며, 제 1 직경 섹션과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 숄더 섹션에 의해 구분된다.
본 발명의 상기 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에서 간단히 요약된, 본 발명의 보다 구체적인 설명은, 실시예들을 참조로 이뤄질 수 있으며, 이들의 일부는 첨부된 도면에 도시된다. 그러나 첨부된 도면들은 단지 본 발명의 통상적인 실시예들을 도시하는 것으로, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니며, 본 발명의 다른 등가의 유효 실시예들이 허용될 수 있다는 것에 주의해야 한다.
본 발명의 이해를 돕기 위해, 도면에서 공통적으로 사용되는 동일한 구성요소를 표시하는데 가능한 동일한 도면 번호를 사용하였다. 일 실시예에서의 구성요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예에 유용하게 통합될 수 있다. 그러나 첨부된 도면은 단지 본 발명의 예시적인 실시예를 나타내는 것으로, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니며, 본 발명의 다른 등가적인 유효 실시예들이 허용될 수 있다는 것에 주의해야 한다.
강화된 RF 균일성을 갖는 캐소드 :
본 발명자들은 마스크 식각 공정에서 불균일한 식각 속도 분포의 원인 중 하나는, 마스크 식각 공정이 수행되는 플라즈마 반응기에서 마스크를 고정하는 지지 페데스탈(pedestal) 또는 캐소드에 RF 전기적 불균일성이 존재하기 때문이라는 것을 발견했다. RF 바이어스 파워는 마스크 표면에서의 플라즈마 이온 에너지를 제어하기 위해 페데스탈에 인가되고, RF 소스 파워는 예를 들어, 플라즈마 이온을 생성하기 위해 오버헤드 코일 안테나에 인가된다. RF 바이어스 소스는 이온 에너지에 영향을 미치는 마스크 표면에서의 전기장을 제어한다. 마스크 표면에서의 이온 에너지는 식각 속도에 영향을 미치기 때문에, 페데스탈에서의 RF 전기적 불균일성은 마스크 표면에 불균일한 식각 속도 분포를 생성한다. 본 발명자들은 페데스탈에서의 RF 불균일성의 몇 가지 원인을 발견했다. 한 원인은 알루미늄 페데스탈(캐소드)과 알루미늄 설비 플레이트를 고정하는 티타늄 나사에 있다. 이 나사는 페데스탈의 표면 전체(및 그에 따른 마스크 표면)에 걸친 전기장 패턴에 노드를 생성하며, 이는 이들의 전기적 특성이 알루미늄 캐소드의 전기적 특성과 상이하기 때문이다. 다른 원인은 캐소드와 설비 플레이트 간의 도전율의 불균일한 분포에 있다. 설비 플레이트와 캐소드 간의 전기적 전도는 플레이트와 캐소드의 주변부로 주로 한정된다. 이는 플라즈마 공정 동안 진공 압력에 의해 유도된 캐소드의 휨(bowing)에 적어도 부분적으로 기인한 것일 수 있다. 이러한 주변부 부근의 전도는 티타늄 나사의 불규칙한 조임 및/또는 플레이트 또는 페데스탈의 주변부 부근에서의 표면 마무리 차이와 같은, 다양한 인자들로 인해 불균일할 수 있다. 본 발명자들은 페데스탈의 전면에 걸친 RF 전기 균일성을 강화하는 몇 가지 특징들을 도입함으로써 이러한 문제를 해결했다. 먼저, 알루미늄 캐소드에서 티타늄 나사의 존재로 인해 야기되는 RF 필드 불균일성 또는 불연속성은 모든 티타늄 나사의 헤드를 둘러싸며 캐소드의 상부 표면 주변부 둘레로 연장하는 연속적인 티타늄 링을 제공함으로써 해결된다. 티타늄 나사의 표면 차 또는 불규칙한 조임으로 인한 전도성 변화는, 설비 플레이트와 캐소드의 대면 주변부 표면에 도전성이 좋은 니켈 도금을 제공하고, 설비 플레이트와 캐소드 사이에 RF 가스켓(gasket) - 이들 주변부에서 이들 사이에 단단히 압착된 - 을 도입함으로써 해결된다.
도 1을 참조로, 마스크에 패턴을 식각하기 위한 플라즈마 반응기는 측벽(12) 및 상부 천장(14)에 의해 둘러싸인 진공 챔버(10)를 포함하며 챔버 압력을 제어하는 진공 펌프(15)에 의해 배기된다. 챔버(10) 내부에 있는 마스크 지지 페데스탈(16)은 마스크(18)를 지지한다. 본 명세서에서 이후에 개시되는 것과 같이, 마스크는 통상적으로 석영 기판으로 구성되며, 크롬 및 몰리브덴 실리사이드와 같은 추가 마스크 박막 층을 석영 기판 상면 상에 더 포함할 수 있다. 또한, 패턴-정의 (pattern-defining)층이 제공되며, 이는 크롬층으로 형성된 하드마스크 또는 포토레지스트일 수 있다. 다른 형태의 마스크에서, 석영 기판은 포토레지스트 패턴을 제외하고는 다른 상부층을 갖지 않는다.
플라즈마 소스 파워는 각각 RF 정합 회로(28, 30)를 통해 각각의 RF 소스 파워 발생기(24, 26)에 의해 구동되는 상부 내부 및 외부 코일 안테나(20, 22)에 의해 인가된다. 측벽(12)은 접지와 연결된 알루미늄 또는 다른 금속일 수 있지만, 천장(14)은 통상적으로 코일 안테나(20, 22)로부터 챔버(10) 안으로의 RF 전력의 유도 결합을 허용하는 절연 물질이다. 공정 가스는 가스 패널(36)로부터 가스 매니폴드(34)를 거쳐 측벽(12) 상부에 균일하게 이격된 주입 노즐(32)을 통해 주입된다. 가스 패널(36)은, 매니폴드(34)와 연결된 출력 밸브 또는 유량 제어장치(42)와, 개별 밸브 또는 유량 제어장치(40)를 통해 연결된 여러 가스 공급원(38)으로 구성된다.
마스크 지지 페데스탈(16)은 금속(예를 들어 알루미늄) 설비 플레이트(46) 상에 지지되는 금속(예를 들어, 알루미늄) 캐소드(44)로 구성된다. 캐소드(44)는 설비 플레이트(46)에 있는 공급 및 배출 포트(미도시)에 의해 공급 및 배기되는 내부 냉각 또는 가열 유체 흐름 통로(미도시)를 포함한다. RF 바이어스 파워는 RF 바이어스 파워 발생기(48)로부터 RF 임피던스 정합 회로(50)를 통해 설비 플레이트에 인가된다. RF 바이어스 파워는 설비 플레이트(46)와 캐소드(44) 사이의 경계를 넘어 캐소드(44) 상면으로 전도된다. 캐소드(44)는 사각 석영 마스크 또는 기판(18)이 지지되는 중앙 플레토(central plateau)(44a)를 포함한다. 아래에 도시되겠지만, 플레토(44a)는 마스크 주변부의 작은 부분 또는 립(18a)이 플레토(44a)를 지나 짧은 간격을 연장하기 위해 약간 작지만, 플레토 치수는 통상적으로 마스크(18)의 치수와 비슷하다. 플레토(44a)를 둘러싸는 페데스탈 링(52)은 링(52)의 약 2/5를 형성하는 커버 링(52a)과 링(52)의 나머지 3/5을 형성하는 캡쳐(capture) 링(52b)으로 (도 2B 또는 도 7에 도시된 웨지(wedge) 또는 파이(pie) 섹션 형태로) 나뉜다. 캡쳐 링(52b)은 마스크(18)의 립(18a)이 위치되는 셸프(shelf; 54)를 포함한다. 3개의 리프트 핀(56)(도 1에서는 이중 단지 하나만을 볼 수 있다)이 캡쳐 링(52b)을 상승시키며, 이는 지지 페데스탈(16)로부터 마스크(18) 제거가 필요할 때마다 립(18a)을 통해 마스크(18)를 상승시킨다. 페데스탈 링(52)은, 석영 마스크(18)와 알루미늄 플레토(44a)의 결합에 의해 나타나는, 바이어스 파워 발생기(48)의 주파수에서의, RF 임피던스를 정합하기 위해 선택된 상이한 전기적 특성을 가진 물질로 이루어진 층들(53, 55)로 구성된다. (커버 및 캡쳐 링(52a, 52b)은 상이한 층(53, 55)으로 구성된다.) 또한, 캡쳐 링(52)의 상면은 마스크(18)의 상면과 동일 평면을 이루며, 따라서 마스크(18)의 에지 너머로 연장되는 큰 균일한 표면이 플라즈마 공정 동안 마스크(18)의 표면에 대한 균일한 전기장 및 시스(sheath) 전압을 촉진한다. 통상적으로, 이러한 조건은 하부 링 층(55)이 석영이고 상부 링 층(53)이 알루미나와 같은 세라믹인 경우에 만족된다. 공정 제어장치(60)는 가스 패널(36), RF 발생기(24, 26, 48) 및 웨이퍼 핸들링 장치(61)를 제어한다. 웨이퍼 처리 장치는 리프트 핀(56)에 연결된 리프트 서보(62), 로봇 블레이드 암(63) 및 챔버(10)의 측벽(12)에 있는 슬릿 밸브(64)를 포함할 수 있다.
균일하게 이격된 일련의 티타늄 나사(70)는 캐소드(44)와 설비 플레이트(46)의 주변부를 따라 이들을 서로 고정한다. 알루미늄 캐소드/설비 플레이트(44, 46)와 티타늄 나사(70) 사이의 전기적 차이로 인해, 나사(70)는 캐소드(44)의 상면에서의 RF 전기장에 불연속적인 불균일성을 제공한다. 캐소드(44)와 설비 플레이트(46)의 대향하는 표면에서의 차이는 캐소드(44)와 설비 플레이트(46)의 주변부를 따라 이들 사이의 도전율에 불균일성을 생성하여, RF 전기장에 상응하는 불균일성을 제공한다. 캐소드(44)는 플라즈마 공정 동안 (챔버 진공으로 인해) 중심부가 위로 휘는 경향이 있기 때문에, 캐소드(44)와 설비 플레이트(46) 사이의 주요한 전기적 접촉은 이들 주변부를 따라 이뤄진다. (a) 다수의 티타늄 나사(70)의 조여짐(tightness) 차이 및 (b) 표면 특성의 차이로 인한 캐소드(44)와 설비 플레이트(46) 사이의 전기적 도전율의 민감성을 감소시키기 위해, 니켈과 같이 전도성이 높은 물질의 고리형 박막(72)이 캐소드(44)의 하면(44b)의 주변부에 증착되고, (예를 들어) 니켈로 이루어진 대응하는 고리형 박막(74)이 설비 플레이트(46)의 상면(46a)의 주변부에 증착된다. 니켈 막들(72, 74)이 상호 정렬되어, 2개의 고리형 니켈 박막(72, 74)은 페데스탈(44)과 설비 플레이트(46)의 대향하는 접촉 표면을 구성하며, 이들 사이에 매우 일정한 전기적 도전율의 분포를 제공한다. 또한, 균일한 전기적 도전율의 개선은 캐소드(44)의 하면의 주변부를 따라 고리형 그루브(76)를 제공하고 그루브(76) 내에 전도성 RF 가스켓(80)을 위치시킴으로써 구현된다. 선택적으로, 그루브(76)와 일렬로 정렬된 유사한 고리형 그루브(78)가 설비 플레이트(46)의 상면에 제공될 수 있다. RF 가스켓(80)은 캐소드(44)와 설비 플레이트(46)가 서로 압축되고 나사(70)로 조여짐에 따라 압착되는 금속 나선과 같은 적절한 종래의 변형물일 수 있다. 티타늄 나사(70)의 헤드에서 발생되기 쉬운 전기장 분포의 불균일한 지점을 감소 또는 제거하기 위해, 연속적인 티타늄 링(82)이 캐소드(44) 상면의 주변부에 있는 고리형 그루브(84)에 위치된다.
도 2A는 마스크 지지 페데스탈(16) 및 그 하부에 놓인 리프트 어셈블리(90)를 도시한다. 리프트 어셈블리(90)는 공기압 액추에이터 또는 리프트 서보(94)에 의해 구동되는 리프트 스파이더(92) 및 리프트 스파이더(92) 상에 위치되는 3개의 리프트 핀(56)을 포함한다. 리프트 핀(56)은 (마모로 인해 야기되는 오염을 감소시키기 위해) 극도로 평탄하고 마찰이 거의 없는 움직임을 위해 볼 베어링(98)을 포함하는 리프트 벨로우즈(lift bellows; 96)로 인도된다. 도 2B는 캡쳐 링(52b)과 융기된 위치에 있는 마스크(18)를 포함하는 캐소드(44)를 도시한다. 마스크(18)가 융기될 때 커버 및 캡쳐 링(52a, 52b)의 분리에 의해 형성되는 공간은 로봇 블레이드에 의한 마스크(18)로의 접근을 허용한다.
마스크(18)의 표면 전체에 걸친 극단적으로 중심이 낮은 식각 속도 분포 문제는 캐소드 플레토(44a)의 전기적 특성(예를 들어, 전기적 유전율) 분포를 변화시킴으로써 해결된다. 이는 일 실시예에서 플레토(44a)의 상면에 중앙 삽입물(102) 및 이를 둘러싸는 외부 삽입물(104)을 제공함으로써 달성되며, 2개의 삽입물은 페데스탈 링(52)과 연속적인 평면 표면을 형성하며 전기적으로 상이한 물질들이다. 예를 들어, 극단적으로 중심이 낮아지는 식각 속도 분포의 경향을 감소시키기 위해, 중앙 삽입물(102)은 종래의 물질(예를 들어, 알루미늄)일 수 있으며 외부 삽입물(104)은 절연 물질(예를 들어, 알루미나와 같은 세라믹)일 수 있다. 중앙 삽입물(102)의 이러한 도전성 형태는 RF 전류에 대해 매우 낮은 임피던스 경로를 제공하여 마스크(18)의 중심부에서 이온 에너지 및 식각 속도를 상승시키는 반면에, 절연 외부 삽입물(104)은 보다 높은 임피던스를 나타내어 마스크(18)의 주변부에서 식각 속도를 감소시킨다. 이러한 조합은 식각 속도 분포를 개선시켜, 식각 속도 분포가 보다 균일해지게 한다. 이러한 특성과 함께, 식각 속도 분포의 미세한 조절은 내부 및 외부 코일 안테나(20, 22)에 인가되는 상대적인 RF 전력 레벨을 조절함으로써 수행될 수 있다. 균일한 식각 속도 분포를 달성하는데 필요한 플라즈마 이온 밀도의 방사형 분포 변화는 매우 작은 양으로 감소하며, 이는 균일한 식각 속도 분포를 얻기 위해 내부 및 외부 코일(20, 22) 간의 RF 전력 분배 능력 내이다. 도 3은 내부 및 외부 삽입물(102, 104)의 평면도이다. 대안적인 실시예에서, 삽입물(102, 104)은 상이한 유전 상수(전기적 유전율)를 가지는 절연체들이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 개념에 따른 도안을 도시하며, 여기서 점차적인 다른 전기적 특성을 가진 4개의 동심 링(102, 104, 106, 108)이 식각 속도 분포를 보다 균일하게 하는데 이용된다. 도 6 및 도 7은 캐소드(44)의 RF 전기적 특성 분포의 실시간 조절 능력(tunability)을 제공하는 대안적인 실시예를 도시한다. 플런저(plunger; 110)는 캐소드(44) 내부의 중앙에 있는 중공(hollow) 실린더(114) 내부에서 이동가능한 알루미늄 플레이트(112)의 축 방향(axial) 위치를 제어한다. 알루미늄 플레이트(112)는 알루미늄 플레토(44a)의 잔여부(remainder)와 전기적으로 접촉된다. 절연체(예를 들어, 세라믹) 상부막(116)은 캐소드(44)의 상부를 덮을 수 있다. 알루미늄 플레이트(112)가 실린더(114)의 상부와 가깝게 가압됨에 따라, 캐소드(44)의 중앙 영역을 통과하는 전기적 임피던스는 감소하며, 따라서 마스크(18)의 중심부에서의 식각 속도가 상승하게 된다. 반대로, 알루미늄 플레이트(112)가 실린더(114) 내에서 마스크(18)로부터 아래로 이동함에 따라, 마스크 중심부에서의 식각 속도는 감소한다. 플런저(110)의 축 방향 이동을 제어하는 액추에이터(118)는 불균일성을 보상하도록, 또는 균일성을 최대화시키도록 식각 속도 분포를 조절하기 위해서 공정 제어장치(60)(도 1)에 의해 조절될 수 있다.
마스크 후면을 통한 식각 속도 모니터링 및 종점 검출 :
마스크의 식각 깊이 또는 패턴 크기를 측정하기 위해 식각 공정을 주기적으로 중단시킴으로써 발생되는 높은 제조 비용은 마스크 또는 기판(18)의 후면 및 캐소드(44)를 통과하는 광학적 감지를 사용하여 감소 또는 제거된다. 이렇게 주기적인 측정을 수행하기 위해서는 식각 공정을 중단시키는 것이 필수적이었으며, 이는 포토레지스트에 비해 낮은 식각 선택도 때문이다: 일반적으로 마스크 물질의 식각은 포토레지스트보다 상당히 느리다. 이러한 문제는 통상적으로 마스크 위에 두꺼운 포토레지스트를 증착함으로써 해결되나, 레지스트의 높은 식각 속도는 포토레지스트 표면을 무작위적으로 불균일하게 또는 거칠게 한다. 이러한 거칠기(roughness)는 포토레지스트를 통과하는 광에 영향을 끼쳐 패턴 크기 또는 식각 깊이의 임의의 광학적 측정에 노이즈를 주입시킬 수 있다. 따라서 포토레지스트는 각각의 주기적인 측정을 위해 일시적으로 제거되어 노이즈 없는 광학 측정을 보장할 수 있으며, 이는 중단된 마스크 식각 공정을 다시 시작하기 전에 포토레지스트를 다시 증착하고 포토레지스트에 레티클 패턴을 재기록하는 것이 불가피하다.
도 8에 도시된 마스크 식각 플라즈마 반응기는 이러한 문제점들을 해결하며, 마스크 또는 기판(18)이 캐소드(44) 내에 제공되는 후면 광학 측정 장치를 이용하여 마스크 지지 페데스탈(16) 상에 위치되는 전체 식각 공정 동안, 지속적인 패턴 크기의 관찰 또는 식각 깊이의 측정을 허용한다. 후면 측정 장치는 통상적으로 석영인 마스크 기판(18)의 광학적으로 투명한 성질을 이용한다. 증착될 수 있는 박막들(크롬 또는 몰리브덴 실리사이드)은 불투명하겠지만, 마스크(18)의 레티클 패턴을 한정하는 패턴된 개구부들의 형성은 광학적으로 감지될 수 있다. 이러한 층들에 의해 반사된 또는 이러한 층들을 통과해 투과된 광 세기의 변화는 캐소드(44)를 통과해 마스크 후면에서 관찰할 수 있다. 이러한 관찰은 식각 공정 종점 검출을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 석영 물질을 식각할 때, 캐소드(44)를 통과해 마스크 후면에서 관찰되는 광학적 간섭은 식각 공정 동안 실시간으로 식각 깊이 측정을 수행하도록 감지될 수 있다. 한 가지 장점은 마스크 후면으로부터 감지된 이미지들 또는 광 신호들은 포토레지스트 노이즈에 의해 영향을 받지 않거나, 또는 적어도 마스크(18)의 상면(포토레지스트 측)으로부터 이러한 측정을 수행하기 위한 시도와 비교할 때 거의 영향을 받지 않는다.
이러한 목적을 위해, 도 8의 반응기는 캐소드(44)의 상면 내의 리세스(120)를 포함하며, 이는 광학축이 마스크 또는 기판(18)의 후면을 향해 있는 렌즈(122)를 구비한다. 렌즈(122)에 비해 직경이 작은 한 쌍의 광섬유(124, 126)는 렌즈(122)에 근사하거나 또는 렌즈(122)와 접촉하는 단부(124a, 126a)를 가지며, 렌즈(122)의 광학축에서 서로 나란히 정렬된다. 도 8에 도시된 광섬유(124, 126) 각각은 실질적으로 작은 광섬유 다발일 수 있다. 광섬유(124)는 광원(128)과 연결되는 다른 단부(124b)를 갖는다. 광원은 마스크(18)를 투과하는 파장, 통상적으로는 석영 마스크에 대해 가시 파장의 광을 방출한다. 간섭 깊이 측정의 경우, 광원(128)의 파장 스펙트럼이 마스크(18)의 레티클 패턴에서 국부 간섭성(local coherence)을 쉽게 일으키도록 선택된다. 약 45nm 정도의 식각된 마스크 구조에서의 주기적 피쳐에 대해(또는 1 미크론 이하의 주기적 피쳐 크기에 대해), 광원(128)이 가시광 스펙트럼을 방사하는 경우 이러한 조건이 만족된다. 광섬유(126)는 광 수신기(130)와 연결되는 다른 단부(126b)를 갖는다. 단순한 종점 검출의 경우, 광 수신기(130)는 광 세기를 간단하게 검출할 수 있다. 패턴 크기(예를 들어, 선폭) 측정의 경우, 광 수신기(130)는 렌즈(122)의 시야각 내에서 식각된 라인들의 이미지를 감지할 수 있으며, 이로부터 선폭이 확정될 수 있다. 식각 깊이 측정의 경우, 광 수신기(130)는 간섭 패턴 또는 간섭 무늬를 검출할 수 있으며, 이로부터 식각 깊이가 확정될 수 있다(즉, 간섭 또는 회절 패턴으로부터 추정될 수 있거나, 간섭 무늬 개수로부터 계산될 수 있음). 다른 실시예에서, 광 수신기(130)는 다중 파장 간섭 측정을 수행하는 분광계를 포함할 수 있으며, 이로부터 식각 속도가 추정되거나 계산될 수 있다. 이러한 확정을 위해, 공정 제어장치(60)는 광 수신기로부터의 광신호를 처리할 수 있는 광신호 처리장치(132)를 포함한다. 이러한 광신호 처리는, 주변광 세기 변화로부터 식각 공정 종점 검출 수행; 광 수신기(130)에 의해 감지된 2차원 이미지로부터 패턴 크기 측정; 간섭 무늬를 계산함으로써 식각 깊이 계산; 광 수신기(130)가 분광계로 구성되는 경우, 다중 파장 간섭 스펙트럼으로부터 식각 깊이 계산 중 하나를 (특정 구현 예에 따라) 수반할 수 있다. 대안적으로, 이러한 분광계는 광 방출 분광계에 의한 웨이퍼 후면으로부터의 식각 공정 종점 검출을 수행하는데 이용될 수 있으며, 광원(128)이 사용되지 않는 경우에는, 플라즈마에 의해 방출되어 투명 마스크(18)를 통과해 투과되는 광을 사용한다.
공정 제어장치(60)는 RF 발생기(24, 26, 28) 및 웨이퍼 핸들링 장치(61)를 포함하는 플라즈마 반응기의 다양한 구성요소들을 제어하기 위해 광신호 처리장치(132)로부터 프로세스 종점 검출 정보(또는 식각 깊이 측정 정보)에 반응한다. 통상적으로, 공정 제어장치(60)는 식각 공정 종점에 도달되면 식각 공정을 중단시키며 페데스탈(16)로부터 마스크를 제거한다.
도 9는 (석영 마스크 표면상의 크롬 박막이 마스크 레티클 패턴에 따라 식각되는) 크롬 식각 공정 동안, 시간의 함수로서 마스크의 (포토레지스트로 코팅된)상면으로부터 감지된 주변 반사된 광 세기를 나타내는 그래프이다. 도 9의 그래프에서 도시된 세기에서의 큰 흔들림(swing)은 포토레지스트층의 상부 표면에서의 거칠기에 의해 생성된 노이즈를 나타낸다. 점선은 노이즈 내에 숨겨진 스텝 함수(step function) 신호를 나타내며, 스텝 함수는 크롬 식각 공정 종점과 일치한다. 도 10은 도 8의 반응기에서 캐소드(44)를 통과해 웨이퍼 후면에서 취득한 동일한 측정 그래프로써, 광 수신기(130)는 반사된 광 레벨을 감지한다. 포토레지스트에 의해 생성된 노이즈는 크게 감소되며, 스텝 함수를 형성하는 종점이 광학 데이터에서 명확히 나타난다. 스텝 함수의 끝은 식각 공정이 크롬 박막의 바닥에 도달함에 따라서 반사된 광 세기가 떨어지는 변이 지점을 나타내며, 이 지점에서 크롬의 반사 표면적은 급격히 감소된다.
도 11 및 도 12는 시간에 대한(또는, 동일하게 공간에 대한) 광 세기 그래프이며, 도 12에서, 광 수신기(130)에 의해 감지되었으며, 여기서 광 세기에서의 주기적인 피크는 간섭 무늬에 해당하며, 피크 간격은 식각 깊이, 또는 투명한 석영 마스크 기판(18)에 식각된 주기적으로 근접하게 이격된 피쳐들의 상이한 표면들 간의 두께 차를 확정한다. 도 11은 간섭 무늬 검출을 방해하는 포토레지스트에 의해 생성된 상당한 노이즈 성분들을 포함하여, 마스크의 상면으로부터 포토레지스트를 통과해 감지된 강도를 나타낸다. 도 12는 포토레지스트에 의해 생성된 노이즈가 사실상 없는, 도 8의 광 수신기(130)에 의해 마스크 후면을 통과해 감지된 세기를 나타낸다.
도 13은 광 수신기(130)는 분광계로 구성되고, 광원(128)이 파장 스펙트럼을 생성하는 경우에 대해 파장의 함수로써 광 세기를 나타내는 그래프이다. 도 13의 그래프에서 스펙트럼 세기의 특성은 투명 마스크(18)에 주기적으로 이격된 1 미크론 미만의 피쳐들의 상이한 깊이의 표면으로부터 반사된 광 사이에 간섭 작용이 야기되는 상태를 나타낸다. 짧은 파장에서, 피크는 더욱 주기적이며 더욱 균일하게 이격되고, 주요한 광학 작용은 간섭이다. 긴 파장에서, 마스크(18)에서 주기적 피쳐들에 대한 국부적 간섭성은 그다지 강하지 않으며, 따라서 회절 작용은 파장이 증가함에 따라서 점점 중요해지며, 높은 파장에서의 세기 특성은 도 13에 도시된 것처럼, 덜 균일하게 이격되며 더욱 복잡하다. 도 13에서 피크 간격은, 특히 낮은 파장에서, 식각 깊이의 함수이며, 식각 깊이는 피크-대-피크 간격으로 추정될 수 있다.
도 14는 도 8의 반응기의 실시예를 도시하며, 여기서 광 수신기(130)는 주변광 세기 검출기이고 광신호 처리장치(132)는 도 10의 종점 검출 그래프에 대응하는 전체 반사된 광 세기에서의 큰 변화(스텝 함수)를 검출하도록 프로그램된다. 본 실시예에서 광원(128)은 임의의 적절한 광원일 수 있다. 선택적으로, 광원(128)은 생략될 수 있으며, 따라서 광센서(130)는 단지 투명 마스크 또는 기판(18)을 통과해 전달된 플라즈마로부터의 광에 응답한다.
도 15는 도 8의 반응기의 실시예를 도시하며, 여기서 광 수신기(130)는 간섭 무늬를 구별하도록 렌즈(122)에 의해 충분히 초점 맞춰진 간섭 무늬 검출기이고, 광신호 처리장치(132)는 투명 석영 마스크(18)의 식각 깊이를 계산하기 위해 (예를 들어, 도 12에 도시된 형태의 시간 데이터 대 세기로부터) 간섭 무늬를 계산하도록 프로그램된다. 이러한 계산은 실질적으로 순간적인 식각 깊이를 산출하며, 이는 로직(200)에 의해 메모리(202)에 저장된 사용자-지정 목표 깊이와 비교된다. 로직(200)은 저장된 깊이 값 및 측정된 깊이 값 간의 정합(match)을 검사하기 위해 통상적인 산술적 매칭 또는 최소화 루틴을 이용할 수 있다. 정합은 로직(200)이 공정 제어장치(60)에 식각 종점을 알리게 한다.
도 16은 도 8의 반응기의 실시예를 도시하며, 투명 석영 마스크 또는 기판(18)의 식각 깊이를 측정 또는 확정하기 위해 도 13의 간섭 분광 기술을 이용한다. 이 경우, 광원(128)은 (수백 나노미터 또는 그 이하의 주기적 마스크 피쳐 크기에 대해) 가시 범위에 있는 스펙트럼 또는 다중 파장을 방출한다. 광 수신기(130)는 분광계이다. 신호 컨디셔너(conditioner)와 아날로그-디지털 변환기(220) 조합은 분광계(130)에 의해 수집된 스펙트럼 정보를 광신호 처리장치(132)가 처리할 수 있는 디지털 데이터로 변환시킨다. 종점 검출이 수행될 수 있는 일 모드는, 앞서 언급된 바와 같이, 도 13에 의해 표시된 데이터의 짧은 파장 범위의 주기적 피크들 사이의 간격으로부터 식각 깊이를 계산하도록 수행된다. 비교 로직(200)은 식각 공정 종점이 달성되었는지를 확정하기 위해 메모리(202)에 저장된 사용자-지정 목표 깊이와 순간적으로 측정된 식각 깊이를 비교할 수 있다. 또 다른 모드에서, 비교 로직(200)은 분광계(130)의 순간적 출력을 나타내는 디지털방식으로 표시된 파장 스펙트럼(도 13의 그래프에 해당)과 원하는 식각 깊이에 해당하는 공지된 스펙트럼을 비교할 수 있을 정도로 충분히 강력하다. 공지된 스펙트럼은 메모리(202)에 저장된다. 비교 로직(200)에 의해 검출된, 측정된 스펙트럼과 저장된 스펙트럼 간의 정합 또는 대략적 정합은 공정 제어장치(60)로 전송될 식각 공정 종점 플래그를 생성한다.
도 17은 도 8의 반응기의 실시예를 도시하며, 광 수신기(130)는 광 방출 분광(OES)을 수행하기 위해서 챔버 내의 플라즈마에 의해 방출된 광 방사선으로부터 방출 선들을 구별할 수 있는 광 방출 분광계이다. 처리장치(132)는 식각될 층의 물질을 지시하는 화학 종들에 해당하는 선택된 광학 선들의 세기를 추적(또는 소실 검출)하도록 프로그램된 OES 처리장치이다. 예정된 변화에 따라(예를 들어, 크롬 식각 공정 동안 OES 스펙트럼에서 크롬 파장선의 소실), 처리장치(132)는 공정 제어장치(60)로 식각 공정 종점 검출 신호를 전송한다.
도 18은, 본 발명자들이 캐소드(44) 표면에 각각 이격된 리세스(231, 233) 내의 한 쌍의 렌즈(230, 232)를 구비하도록 구성한 실시예를 도시하며, 렌즈(230, 232)는 간섭 무늬가 구별되도록 초점 맞춰지고, 초점 맞춰진 광은 각각의 렌즈(230, 232)를 마주하거나 접촉하는 각각의 광섬유(234, 236)에 의해 전달된다. 광섬유(234, 236)는 (무늬 검출기 또는 분광계일 수 있는) 간섭 검출기(238)와 연결되며, 검출기(238)는 공정 제어장치(60)와 연결된 출력을 구비한다. 렌즈(230, 232)는 광원(240)으로부터 광섬유(242, 244)를 통해 광을 수신한다. 이러한 광은 마스크(18)의 상면에서 렌즈(230, 232) 후면으로 반사되며 광섬유(234, 236)에 의해 검출기(238)로 전달된다. 또한, 도 18의 실시예는 캐소드 표면에 제 3 리세스(249)를 구비하며, 이는 광섬유(252)를 통해 OES 분광계(254)의 입력과 연결되는 제 3 렌즈(250)를 수용한다. OES 처리장치(256)는 종점 검출을 수행하기 위해서 OES 분광계(254)의 출력을 처리하고 그 결과를 공정 제어장치(60)로 전송한다. 도 18 실시예의 캐소드(44)는 도 19에 도시되며, 렌즈(230, 232, 250)를 각각 수용하는 3개의 리세스(231, 233, 249)를 나타낸다. 도 20은 렌즈(230, 232, 250)를 지지하는 광학 장치(미도시)를 설비 플레이트(46) 내에 수용하기 위한 대응 홀(260, 261, 262)을 도시한다. 도 21은 페데스탈 내부의 렌즈와 광섬유의 연결을 도시하는 단면도이다.
도 16, 도 17 및 도 18은 분광계(130(도 16 및 도17) 및 254(도 18))를 이용하는 것으로 개시되었지만, 분광계(130 또는 254)는 미리 결정된 파장으로 조정된 하나 이상의 광파장 필터로 대체될 수 있다. 이러한 각각의 광파장 필터는 신호 진폭을 강화시키기 위해 광전자증배관(photomultiplier)과 조합될 수 있다.
후면 종점-검출 마스크 식각 공정 :
도 22A 및 도 22B는 마스크의 석영 물질에 레티클 패턴을 식각하는 공정을 나타낸다. 도 22A에서, 석영 마스크 기판(210)은 포토레지스트층(212)에 생성된 개구부(216) 및 주기적으로 이격된 라인(214)의 구조를 가지는 포토레지스트층(212)으로 덮여있다. 도 15 또는 도 16의 반응기에서, CHF3+CF4+Ar으로 이루어진 석영-식각 공정 가스가 챔버(10)로 주입되며, RF 발생기(24, 26, 48)에 의해 전력이 인가되며 석영 물질이 포토레지스트층(212)에 형성된 개구부(216) 안으로 식각된다. 석영의 식각 깊이는 식각된 상부 표면에서 반사된 광(218)과 석영 기판(210)의 식각되지 않은 상부 표면에서 반사된 광(219) 사이의 간섭을 이용해 연속적으로 측정된다. 식각 공정은 원하는 식각 깊이에 도달되면 중단된다(도 22A). 다음 원하는 마스크가 생성되기 위해서 포토레지스트가 제거된다(도 22B).
도 23A 내지 도 23E는 하부 석영 마스크 기판(210), 몰리브덴 실리사이드층(260)(몰리브덴 옥시-실리콘 질화물 함유), 크롬층(262), 크롬 산화물 비반사 코팅(264) 및 포토레지스트층(266)이 포토레지스트층(264)에 형성된 개구부(268)와 함께 구성된, 3층 마스크 구조물을 식각하는 공정을 도시한다(도 23A). 도 23B의 단계에서, 크롬층(262) 및 비반사 코팅(264)은 Cl2+O2+CF4와 같은 크롬 식각 공정 가스를 사용하여, OES 종점 검출(도 17의 챔버)을 수행하거나 또는 단순한 반사 종점 검출(도 14의 챔버)을 수행하는 플라즈마 반응기 챔버에서 식각된다. 포토레지스트층(266)은 제거된다(도 23C). 다음 몰리브덴 실리사이드층(260)이 SF6+Cl2와 같은 몰리브덴 실리사이드의 에천트인 공정 가스, 및 하드 마스크와 같은 크롬층(262)을 사용하여, 도 23D에 도시된 것처럼 식각된다. 이 단계는 도 14 또는 도 17의 챔버와 같이, 단순한 주변 반사에 의한 또는 OES 종점 검출에 의한 종점 검출을 수행하는 플라즈마 반응기에서 이루어진다. 도 23E에서, 크롬층(262) 및 크롬 산화물 비반사 코팅(264)은 CH3+CF4+Ar과 같은 크롬 식각 공정 가스를 사용하여 제거된다. 이 단계는 식각 깊이 측정 없이 단순한 종점 검출을 수행하는 도 14 또는 도 17의 반응기를 사용하여 이루어질 수 있다. 이는 레티클 패턴이 형성된 몰리브덴 실리사이드로 이루어진 상부 층을 갖는 석영 마스크 기판을 남긴다.
도 24A 내지 도 24E는 주기적인 공간으로 노출된 석영의 옆에 배치된 투명 석영 마스크 상의 주기적인 크롬 라인으로 이루어진 2층 마스크를 제조하는 공정을 나타내며, 노출된 석영 공간들 중 하나 거른 하나는 투과된 광이 원하는 각도(예를 들어, 180도)로 위상 편이 되는 깊이로 식각된다. 도 24A는 석영 마스크 기판(300), 크롬층(302), 크롬 산화물 비반사 코팅(304) 및 포토레지스트층(306)으로 이루어진 초기 구조를 나타낸다. 도 24B의 단계에서, 크롬 및 크롬 산화물층(302, 304)은 도 14 또는 도 17의 챔버와 같은 반응기 챔버에서 Cl2+O2+CF4의 공정 가스로 식각된다. 도 24C의 단계에서, 포토레지스트층(306)이 제거되고, 그 후 석영 마스크 기판(300)의 노출된 부분이 도 24D에 도시된 것처럼 CHF3+CF4+Ar로 이루어진 석영-식각 공정 가스에서 식각된다. 도 24D의 석영 식각 단계는 도 15 또는 도 16의 챔버와 같이, 석영 마스크 기판(300)의 식각 깊이를 감지 또는 모니터링할 수 있는 반응기 챔버에서 수행된다. 식각 공정 동안, 순간적인 식각 깊이가 연속적으로 모니터링되고, 마스크(300)에서 목표 식각 깊이에 도달하면 식각 공정은 중단된다. 최종 결과가 도 24E에 도시된다.
마스크 표면에 대한 식각 속도 분포의 연속적인 모니터링 :
도 25 및 도 26은 캐소드(44) 상면에서 후면 식각 깊이 감지 구성요소들(렌즈 및 광섬유)의 매트릭스를 구비한 도 1의 웨이퍼 지지 페데스탈(16)의 실시예를 나타내며, 이는 식각 공정을 중단시키거나 또는 마스크 기판을 방해하지 않고, 식각 공정 동안 마스크 또는 기판의 전체 표면에 대해 식각 속도 분포 또는 식각 깊이 분포의 순간적 이미지 또는 샘플을 연속적으로 제공한다. 알루미늄 플레토(44a)는 그의 상면에 개구부(320)들의 매트릭스를 구비하며, 각각의 개구부는 마스크 기판(300)의 후면을 향한 렌즈(322)를 보유한다. 광원(324)은 각각의 렌즈(322)와 연결된 출력 광섬유(326)를 통해 광을 제공한다. 렌즈(322)는 간섭 무늬를 구별하기에 충분한 초점 맞춤을 제공한다. 무늬 계산을 용이하게 하는 센서 또는 분광계일 수 있는, 간섭 검출기(328)는 각각의 렌즈(322)와 연결된 입력 광섬유(330)와 연결된다. 스위치 또는 멀티플렉서(332)는 광을 각각의 입력 광섬유(330)로부터 검출기(328)로 순차적으로 향하도록 한다. 여기에는 도 25 및 도 26의 장치에서 동작할 수 있는 3가지 모드가 제공된다. 제 1 모드에서, 주어진 하나의 렌즈(322)의 시야각 내의 식각 깊이는 간섭 무늬들 사이의 간격으로부터 계산된다. 제 2 모드에서, 검출기(328)는 분광계이며 주어진 하나의 렌즈(322)의 시야각 내의 식각 깊이는 다중 파장 간섭 스펙트럼(도 13에 해당)의 짧은 파장 피크 간격으로부터 계산된다. 제 3 모드에서, 다중 파장 간섭 스펙트럼은 주어진 순간적 시간에 검출되며, 공지된 해당 식각 깊이에 대한 스펙트럼들의 라이브러리(340)와 비교된다. 식각 속도 분포는 식각 깊이 및 경과된 시간으로부터 계산된다. 이러한 분포는 프로세스의 식각 불균일성을 기록하며 공정 제어장치(132)로 전달된다. 제어장치(132)는 반응기의 조절가능한 특성들을 조절함으로써 식각 속도 분포의 불균일성을 감소시키도록 응답할 수 있다.
도 25 및 도 26의 실시예는 플레토(44a)의 상면에 식각 깊이 센서 또는 렌즈(322)로 이루어진 3×3 매트릭스를 갖는 것으로 도시되었으나, 이러한 센서들의 매트릭스에 임의 개수의 행과 열이 사용되어 매트릭스는 n×m 매트릭스가 될 수 있으며, 여기서 m 및 n은 적절한 정수이다.
일 실시예에서, 공정 제어장치(132)는 식각 속도 분포가 중심이 높은지 또는 중심이 낮은지를 (분광계 또는 센서(130)에 의해 공급되는 식각 속도 분포 정보로부터) 추정하도록 프로그램될 수 있다. 공정 제어장치(60)는 불균일성을 감소시키기 위해 반응기의 소정의 조절가능한 특성들을 조절함으로써 상기 정보에 응답할 수 있다. 예를 들어, 공정 제어장치(60)는 내부 코일(20)과 외부 코일(22) 사이에서의 RF 전력 할당을 변경할 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 공정 제어장치(60)는 도 6 및 도 7의 반응기에서 이동식 알루미늄 플레이트(112)의 높이를 변경할 수 있다. 플레토(44a)의 식각 깊이 감지 구성요소 어레이 또는 매트릭스로부터의 피드백은 반응기의 조절가능 구성요소들의 에러 조정 및 연속적인 시험에 의해 공정 제어장치(60)가 식각 속도 분포의 균일성을 개선하도록 한다.
도 27A는 리프트 핀(56)의 일 실시예의 측면도이다. 리프트 핀(56)은 제 1 단부(2710) 및 제 2 단부(2715)를 구비한 몸체(2705)를 포함한다. 몸체(2705)는 스테인리스 강, 알루미늄, 세라믹 등과 같은 공정에 적합한 물질들로 만들어질 수 있으며, 일 실시예에서, 몸체(2705)는 알루미늄 산화물(Al2O3) 물질로 형성된다. 일 실시예에서, 몸체(2705)는 원형 단면을 가지는 샤프트를 포함하고, 제 1 직경부(2725)와 같은, 적어도 하나의 외경부, 및 제 2 직경부(2730A) 및 제 3 직경부(2730B)과 같은, 하나 이상의 더 작은 외경부들을 포함한다. 제 2 직경부(2730A)와 제 3 직경부(2730B)는 숄더(shoulde; 2735)에 의해 구분될 수 있으며, 숄더(2735)는 제 1 직경부(2725)와 실질적으로 동일한 외경을 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 단부(2715)는 제 1 직경부(2725), 및 제 2 직경부(2730A) 및 제 3 직경부(2730B) 중 적어도 하나와의 경계에 의해 정해지는 노치부(notched region; 2708)를 포함한다. 일부 실시예에서, 노치부(2708)는 제 1 직경부(2725), 및 숄더(2735)에 의해 구분된 제 2 및 제 3 직경부들(2730A, 2730B)과의 경계를 포함한다.
노치부(2708)는 도 2A의 리프트 어셈블리(90) 및/또는 리프트 벨로우즈(96)와의 결합을 용이하게 할 수 있다. 또한, 노치부(2708)는 리프트 핀(56)이 리프트 어셈블리(90) 내에 위치될 때를 결정하기 위해서 지시기 또는 계기(gauge)로서 기능함으로써 교체를 용이하게 할 수 있다. 단일 직경을 갖는 다른 리프트 핀은 교체 중에 리프트 핀을 정확하게 배치하고 위치시키기 위해서 모니터링 및/또는 주변 계기 메커니즘이 필요할 수 있다. 또한, 다른 리프트 핀은 리프트 어셈블리(90)와의 결합을 용이하게 하기 위해서 주변 잠금 장치가 필요할 수 있다. 따라서 일 적용예에서, 노치부(2708)는 리프트 핀(56)이 교체될 때 멈춤 지시를 제공하며, 이 지시는 예컨대 리프트 핀(56)이 리프트 어셈블리(90)에 결합될 때의 촉각적 감각과 같다. 다른 실시예에서, 노치부(2708)는 리프트 핀(56)을 리프트 어셈블리(90) 및/또는 리프트 벨로우즈(96)에 고정시키기 위한 추가 기능을 제공한다.
도 27B는 도 27A에서 얻은 제 2 단부(2715)의 일부에 대한 확대 측면도이다. 상술된 것과 같이, 숄더(2735)는 제 1 외경부(2725)와 실질적으로 동일한 외경을 구비할 수 있으며, 제 2 및 제 3 직경부들(2730A, 2730B)은 제 1 직경(2725) 및 숄더(2735)보다 약간 작다. 일 실시예에서, 제 2 및 제 3 직경부들(2730A, 2730B)은 실질적으로 동일하지만, 다른 실시예에서 제 2 및 제 3 직경부들(2730A, 2730B)은 서로 약간 다를 수도 있다. 또한, 제 2 단부(2715)는 라운드형 단부를 포함하며, 이는 제 1 반경(2740A) 및 제 2 반경(2740B)과 같은 이중 반경에 의해 정해진다. 일 실시예에서, 제 2 반경(2740B)은 제 1 반경(2740A)보다 약 4배 더 크다. 일부 실시예에서, 제 1 단부(2710) 및 제 2 단부(2715) 모두 제 1 반경(2740A) 및 제 2 반경(2740B)과 같은 이중 반경을 포함한다.
지금까지 본 발명의 실시예들에 관한 것이었지만, 본 발명의 다른 특징 및 실시예들이 이후 첨부되는 청구범위에 의해 결정되는 본 발명의 기본 사상 및 범위를 벗어나지 않고 고안될 수 있다.
도 1은 마스크 식각 공정을 수행하는 플라즈마 반응기를 도시한다.
도 2A는 도 1의 반응기의 하부 부분을 도시한다.
도 2B는 융기된 위치에 있는 도 1의 반응기의 마스크 지지 페데스탈을 도시한다.
도 3은 도 1의 반응기의 캐소드의 평면도이다.
도 4 및 도 5는 캐소드의 대안적인 일 실시예의 측면도 및 평면도이다.
도 6 및 도 7은 캐소드의 대안적인 다른 실시예의 측면도 및 평면도이다.
도 8은 후면 종점 검출 장치를 가지는 플라즈마 반응기의 개략도이다.
도 9 및 도 10은 마스크의 정면 및 후면으로부터 얻어진 각각의 종점 검출 광신호 그래프이다.
도 11 및 도 12는 마스크의 정면 및 후면으로부터 얻어진 각각의 간섭 무늬(interference fringe) 광신호 그래프이다.
도 13은 도 8의 반응기의 일 실시예에서 얻어진 다중 파장 간섭 스펙트럼 신호 그래프이다.
도 14는 도 10에 해당하는 전체 반사 광세기를 기초로 후면 종점 검출을 수행하는 도 8의 반응기의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 12에 해당하는 간섭 무늬 계산을 기초로 후면 종점 검출을 수행하는 도 8의 반응기의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 16은 다중 파장 간섭 분광계를 기초로 후면 종점 검출을 수행하는 도 8의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 17은 광 방출 분광계(OES; optical emission spectrometry)를 기초로 후면 종점 검출을 수행하는 도 8의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 18은 OES 및 간섭을 기초로 후면 종점 검출을 수행하는 제품의 예를 나타내는 도면이다.
도 19 및 도 20은 각각 도 18의 실시예의 캐소드 및 설비 플레이트의 개략도이다.
도 21은 도 19의 캐소드의 단면도이다.
도 22A 및 도 22B는 후면 종점 검출을 이용하는 석영 마스크 식각 공정에서의 순차적 단계들을 도시한다.
도 23A, 23B, 23C, 23D 및 23E는 후면 종점 검출을 사용하는 크롬-몰리실리사이드-석영 마스크 식각 공정에서의 순차적 단계들을 도시한다.
도 24A, 24B, 24C, 24D 및 24E는 후면 종점 검출을 사용하는 크롬-석영 마스크 식각 공정에서의 순차적 단계들을 도시한다.
도 25 및 도 26 각각은 실시간 식각 속도 분포가 마스크 후면에서 연속적으로 측정되는 실시예의 측면도 및 평면도이다.
도 27A는 리프트 핀의 일 실시예의 측면도이다.
도 27B는 도 27A에서 얻은 리프트 핀의 제 2 단부 부분의 확대 측면도이다.

Claims (17)

  1. 플라즈마 챔버용 리프트 핀으로서,
    원형 단면을 가진 길이 방향 몸체(longitudinal body) ? 상기 몸체는 라운드형 제 1 단부 및 라운드형 제 2 단부를 구비함 ? ; 및
    상기 제 2 단부에 형성되고, 상기 플라즈마 챔버 내에 배치된 리프트 플레이트와 분리 가능하게 결합되도록 구성되는 노치부(notched region)를 포함하고,
    상기 몸체는 제 1 직경부(diameter region)를 포함하고, 상기 노치부는 숄더(shoulder)에 의해 구분되는 더 작은 직경을 갖는 적어도 두 개의 직경부를 포함하는, 리프트 핀.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 숄더의 직경은 상기 제 1 직경부와 실질적으로 동일하며, 상기 적어도 두 개의 직경부는 상기 숄더의 상기 직경보다 더 작은 직경을 갖는, 리프트 핀.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 세라믹 물질을 포함하는, 리프트 핀.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 알루미늄 물질을 포함하는, 리프트 핀.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 알루미늄 산화물(Al2O3) 물질을 포함하는, 리프트 핀.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 직경부는 제 2 직경부 및 제 3 직경부를 포함하고, 각각의 직경부는 상이한 길이를 갖는, 리프트 핀.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 직경부 각각은 길이 및 직경을 포함하고, 상기 직경은 실질적으로 동일하고, 상기 길이는 상이한, 리프트 핀.
  10. 플라즈마 챔버용 리프트 핀으로서,
    원형 단면, 제 1 단부, 및 제 2 단부를 구비한 길이 방향 샤프트(longitudinal shaft)를 포함하고,
    상기 제 2 단부는 제 2 직경 섹션 및 제 3 직경 섹션을 포함하고, 상기 제 2 직경 섹션 및 상기 제 3 직경 섹션은 제 1 직경 섹션보다 더 작은 직경을 가지며, 상기 제 1 직경 섹션과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 숄더 섹션에 의해 구분되는, 리프트 핀.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제 2 직경 섹션 및 상기 제 3 직경 섹션은 노치부를 정의하는, 리프트 핀.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 샤프트는 알루미늄 물질을 포함하는, 리프트 핀.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 샤프트는 알루미늄 산화물(Al2O3) 물질을 포함하는, 리프트 핀.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부 각각은 라운드형인, 리프트 핀.
  15. 제1항 또는 제14항에 있어서,
    상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부 각각은 이중 반경을 포함하는, 리프트 핀.
  16. 제1항 또는 제14항에 있어서,
    상기 라운드형 제 1 단부 및 상기 라운드형 제 2 단부는 제 1 반경 및 제 2 반경을 포함하고, 상기 제 2 반경은 상기 제 1 반경보다 4배 더 큰, 리프트 핀.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제 2 직경 섹션 및 상기 제 3 직경 섹션 각각은 길이와 직경을 가지며, 상기 직경은 실질적으로 동일하고, 상기 길이는 상이한, 리프트 핀.
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