KR20080003158U - Plasma reactor with nozzles and variable process gas distribution - Google Patents

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리차드 레윙턴
이브라힘 엠. 이브라힘
시바 제이. 파나일
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Abstract

마스크 또는 웨이퍼와 같은 가공물을 처리하기 위한 플라즈마 반응기 내의 가스 분배 링에 모듈 방식으로 결합된 다수의 가스 주입 노즐이 개시된다. 이 가스 주입 노즐은 제 1 외경부(outer diameter portion) 및 팁(tip)을 형성하는 제 2 외경부를 구비한 공동의 원통형 몸체(hollow cylindrical body), 상기 몸체를 통과하는 길이 방향으로 형성되고, 상기 제 1 외경부를 통과하고 적어도 상기 제 2 외경부 안으로 연장하는 제 1 통로, 및 상기 제 1 통로와 동일한 축으로 정렬되고, 상기 제 1 통로의 단부에서 상기 팁의 단부로 길이 방향으로 연장하는 제 2 통로를 포함하며, 상기 제 1 외경부는 상기 제 2 외경부보다 크다.A plurality of gas injection nozzles are disclosed that are modularly coupled to a gas distribution ring in a plasma reactor for processing a workpiece such as a mask or wafer. The gas injection nozzle is formed in a hollow cylindrical body having a first outer diameter portion and a second outer diameter portion forming a tip, in a longitudinal direction passing through the body, and A first passageway passing through the first outer diameter portion and extending at least into the second outer diameter portion, and a second aligned in the same axis as the first passageway and extending longitudinally from an end of the first passageway to an end of the tip; And a passage, wherein the first outer diameter portion is larger than the second outer diameter portion.

Description

노즐들 및 가변 가능한 공정 가스 분배를 구비한 플라즈마 반응기{PLASMA REACTOR WITH NOZZLES AND VARIABLE PROCESS GAS DISTRIBUTION}Plasma reactor with nozzles and variable process gas distribution {PLASMA REACTOR WITH NOZZLES AND VARIABLE PROCESS GAS DISTRIBUTION}

본 발명은 노즐들 및 가변 가능한 공정 가스 분배를 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma reactor with nozzles and variable process gas distribution.

초고밀도집적(ULSI) 회로를 위한 포토리소그래피 마스크 제조에서는 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 스테핑 되어, 각각의 다이에 대한 단일 이미지를 형성한다. 마스크 패턴을 석영 마스크에 식각하기 전에, 마스크 패턴은 스캐닝 전자 빔에 의해 기록되며, 이는 시간을 소모하는 공정으로 단일 마스크의 비용을 극도로 높인다. 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 선폭들에 대 한 3σ 편차이다.) 포토레지스트 패턴 크기에서의 이러한 불균일성은 상이한 마스크 소스 또는 커스토머(customer) 사이에서 변할 수 있다. 마스크 식각 공정은 이러한 편차를 1nm 이상으로 증가시키지 않아, 식각된 마스크 패턴에서의 편차는 3-4nm를 초과하지 않는다. 이러한 엄격한 요구조건은 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.Photolithographic mask fabrication for ultra high density integrated (ULSI) circuits requires a higher level of etching uniformity than in semiconductor wafer processing. Typically a single mask pattern occupies 4 inches squared area on a quartz mask. The image of the mask pattern is focused to the area of a single die (1 inch squared) on the wafer and then stepped across the wafer to form a single image for each die. Before etching the mask pattern to the quartz mask, the mask pattern is recorded by the scanning electron beam, which is a time consuming process that dramatically increases the cost of a single mask. The mask etching process is not uniform over the entire mask surface. In addition, the e-beam on which the photoresist pattern is recorded is uneven by itself, and when the feature size on the wafer is 45 nm, the pattern dimension (e.g., line width) is about 2-3 nm over the entire mask. It shows a large deviation. (This deviation is, for example, 3σ deviation for all measured line widths.) This non-uniformity in photoresist pattern size can vary between different mask sources or customers. The mask etching process does not increase this deviation above 1 nm, so the deviation in the etched mask pattern does not exceed 3-4 nm. This stringent requirement is due to the use of diffraction effects in the quartz mask pattern to achieve a clear image on the wafer. It is difficult to meet these conditions with current technology. It will also be more difficult in future technologies that will require a wafer feature size of 22 nm. This problem is compounded with the etching bias phenomenon, so that the reduction of the photoresist pattern during the mask etching causes the reduction of the line width (pattern size) of the pattern etched on the quartz mask. These problems are inherent in the mask etching process, since the etching selectivity of conventional etching materials (e.g., quartz, chromium, molybdenum silicide) for the photoresist is typically less than 1, so the mask photoresist pattern is a mask It is etched during the etching process.

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 식각되지 않은 석영 라인을 통과하는 광에 비해 광의 180도 위상 편이를 제공하는 정확한 깊이로만 식각된다. 석영의 식각 깊이를 정확하게 제어하기 위해, 식각 공정은 석영의 식각 깊이를 측정하기 위해 주기적으로 식각 공정을 중단함으로써 엄격히 모니터링 되어 야 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, 해로운 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 없다. 이러한 번거로운 과정은 낮은 생산성 및 높은 비용뿐만 아니라 포토레지스트 패턴의 오염 또는 손상 가능성의 증가이라는 문제를 포함한다. 그러나 정확하게 제어된 식각 깊이를 위한 요구조건으로 인해, 이러한 문제점을 해결할 방법이 없는 것으로 여겨진다.Certain mask patterns need to etch the periodic openings exactly to a defined depth into the quartz mask, which is important to achieve extremely fine phase alignment of the interfering light beam during exposure of the wafer by the mask. For example, in one form of phase shift mask, each line is defined by a chrome line and a thin quartz line exposed on both sides of the chrome line, with the quartz line on one side being directed to light passing through the unetched quartz line. Etching is only etched to a precise depth that provides 180 degree phase shift of the light. In order to precisely control the etching depth of quartz, the etching process should be strictly monitored by stopping the etching process periodically to measure the etching depth of quartz. Each such inspection removes the mask from the mask etch reactor chamber, removes the photoresist, measures the etch depth, and then estimates the etch process time remaining until reaching the target depth based on the elapsed etch process time. It is necessary to deposit the harmful photoresist, e-beam write the mask pattern to the resist, insert the mask back into the mask etching chamber, and start the etching process again. Estimating the etching time remaining until reaching the desired depth is unreliable because it assumes that the etching rate remains stable and uniform. This cumbersome process involves not only low productivity and high cost, but also an increase in the possibility of contamination or damage of the photoresist pattern. However, due to the requirement for precisely controlled etching depth, there seems to be no way to solve this problem.

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 선폭(line width)이고 다른 하나는 식각 깊이이고, 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 높 은(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 어플리케이터와 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. Small tolerances in pattern size variation require an etch rate that is extremely uniformly distributed over the mask surface. In masks requiring exact etch depth into the quartz material, there are two critical dimensions, one of which is line width and the other of which is etch depth, and uniformity for the two types of pattern size. The castle needs a uniform etch rate distribution over the mask. Non-uniformity in the etch rate distribution can be achieved by using a source power applicator capable of varying the radial distribution of plasma ion density, such as an inductive source power applicator consisting of internal and external coil antennas on top of the wafer. Can be reduced. However, this solution can only solve the problem of symmetrical nonuniformity, ie center-high or center-low etch rate distribution. Substantially, the nonuniformity of the etch rate distribution can be asymmetric, such as a high etch rate at one corner of the mask. A more fundamental limitation is that the mask etching process, which tends to have an extremely low centered distribution as above the etch rate, which is an adjustable feature such as an inductive power applicator with an inner coil and an outer coil, It is not possible to convert the etch rate distribution off.

불균일한 식각 속도 분포가 갖는 다른 문제점은, 동일한 설계의 다른 반응기들 사이에서 식각 속도 분포가 크게 변하는 경향이 있으며, 또한 가스 분배 노즐 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 관련 과제는 가스 분배 노즐과 같은 중요 부품들의 쉽게 대체하는 것이다.Another problem with non-uniform etch rate distributions is that the etch rate distribution tends to change significantly between different reactors of the same design, and also in the same reactor whenever important or consumable parts are replaced, such as replacing gas distribution nozzles. The etch rate distribution can change significantly at. The etch rate distribution is very sensitive to small changes in the properties of the parts being replaced, along with unexpected changes due to consumable replacement. Another related challenge is the easy replacement of critical components such as gas distribution nozzles.

마스크 또는 웨이퍼와 같은 가공품을 처리하기 위한 플라즈마 반응기는 하나 이상의 가스 주입 노즐들을 구비한 가스 분배 링을 포함한 진공 챔버를 포함하며, 본원에서 가스 주입 노즐이 개시된다.Plasma reactors for processing workpieces, such as masks or wafers, include a vacuum chamber including a gas distribution ring with one or more gas injection nozzles, wherein a gas injection nozzle is disclosed herein.

일 실시예에서, 플라즈마 반응기 내의 가스 분배 링에 모듈 방식으로 결합되도록 적응된 가스 주입 노즐이 개시된다. 이 가스 주입 노즐은 제 1 외경부(outer diameter portion) 및 팁(tip)을 형성하는 제 2 외경부를 구비한 중공의 원통형 몸체(hollow cylindrical body), 상기 몸체를 통과하는 길이 방향으로 형성되고, 상기 제 1 외경부를 통과하고 적어도 상기 제 2 외경부 안으로 연장하는 제 1 통로, 및 상기 제 1 통로와 동일한 축으로 정렬되고, 상기 제 1 통로의 단부에서 상기 팁의 단부로 길이 방향으로 연장하는 제 2 통로를 포함하며, 상기 제 1 외경부는 상기 제 2 외경부보다 크다.In one embodiment, a gas injection nozzle is disclosed that is adapted to be modularly coupled to a gas distribution ring in a plasma reactor. The gas injection nozzle is formed in a hollow cylindrical body having a first outer diameter portion and a second outer diameter portion forming a tip, in a longitudinal direction passing through the body, and A first passageway passing through the first outer diameter portion and extending at least into the second outer diameter portion, and a second aligned in the same axis as the first passageway and extending longitudinally from an end of the first passageway to an end of the tip; And a passage, wherein the first outer diameter portion is larger than the second outer diameter portion.

다른 실시예에서, 플라즈마 반응기의 가스 분배 링에 모듈 방식으로 결합되도록 적응된 가스 주입 노즐이 개시된다. 가스 주입 노즐은 제 1 외경부 및 상기 제 1 외경부보다 작은 제 2 외경부를 구비한 중공의 원통형 몸체, 상기 외경부를 통과하여 배치되고, 상기 제 2 경부를 관통하여 배치된 제 2 통로 안으로 90도 경계로 이동하는 제 1 통로, 및 상기 제 1 외경부를 상기 제 2 외경부와 연결시키는 방사면(radial face)을 포함하며, 제 1 외경부는 제 2 외경부보다 약 50%정도 더 크다.In another embodiment, a gas injection nozzle is disclosed that is adapted to be modularly coupled to a gas distribution ring of a plasma reactor. The gas injection nozzle has a hollow cylindrical body having a first outer diameter portion and a second outer diameter portion smaller than the first outer diameter portion, disposed through the outer diameter portion, and 90 degrees into a second passage disposed through the second diameter portion. A first passage moving to the boundary, and a radial face connecting the first outer diameter portion to the second outer diameter portion, wherein the first outer diameter portion is about 50% larger than the second outer diameter portion.

다른 실시예에서, 플라즈마 반응기 내의 가스 분배 링에 모듈 방식으로 결합 되도록 적응된 가스 주입 노즐이 개시된다. 가스 주입 노즐은 제 1 외경부 및 팁을 형성하는 제 2 외경부를 구비한 중공의 원통형 몸체 - 상기 제 1 외경부는 상기 제 2 외경부보다 큼 - , 상기 몸체를 통과하는 길이 방향으로 형성되고, 상기 제 1 외경부를 통과하고 적어도 상기 제 2 외경부 안으로 연장하는 제 1 통로, 상기 제 1 통로와 동일한 축으로 정렬되고, 상기 제 1 통로와의 90도 경계에서 이동하며, 상기 제 1 통로의 단부에서 상기 팁의 단부로 길이 방향으로 연장하는 제 2 통로, 및 상기 제 1 통로와 연결되는 상기 제 2 외경부 내에 위치된 측면 통로를 포함하며, 상기 제 1 통로는 제 2 통로의 직격에 비해 4배 더 큰 직격을 갖는다.In another embodiment, a gas injection nozzle is disclosed that is adapted to be modularly coupled to a gas distribution ring in a plasma reactor. The gas injection nozzle has a hollow cylindrical body having a first outer diameter portion and a second outer diameter portion forming a tip, wherein the first outer diameter portion is larger than the second outer diameter portion, and is formed in a longitudinal direction passing through the body, and A first passageway passing through the first outer diameter portion and extending into at least the second outer diameter portion, aligned at the same axis as the first passageway, moving at a 90 degree boundary with the first passageway, at the end of the first passageway A second passage extending longitudinally to an end of the tip, and a side passage located in the second outer diameter portion connected to the first passage, the first passage being four times greater than the direct passage of the second passage; Have a bigger hit.

본 발명의 예시적인 실시예들이 달성되고 상세히 이해될 수 있도록, 위에서 간단히 요약된, 본 발명의 보다 구체적인 설명은, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예들을 참조로 이뤄질 수 있다. 본 발명을 불명확하게 하지 않기 위해서 소정의 잘 알려진 공정들은 본원에서 논의되지 않았음을 이해할 수 있을 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order that the exemplary embodiments of the present invention can be achieved and understood in detail, the more detailed description of the invention, briefly summarized above, can be made with reference to the embodiments of the invention shown in the accompanying drawings. It is to be understood that certain well known processes are not discussed herein in order to not obscure the present invention.

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.To help understand the present invention, the same reference numerals are used to denote the same components commonly used in the drawings. Components and features in one embodiment may be usefully incorporated in other embodiments without further recitation. It is to be noted, however, that the appended drawings merely illustrate exemplary embodiments of the invention, and are not intended to limit the scope of the invention, and other equivalent effective embodiments of the invention may be tolerated.

강화된 Enhanced RFRF 균일성을 갖는  With uniformity 캐소드Cathode : :

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 도 입함으로써 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 가스 주입 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 - 이들 주변부에서 이들 사이에 단단히 압착된 - 을 도입함으로써 해결된다.The inventors found that one of the causes of the non-uniform etch rate distribution in the mask etching process is the presence of RF electrical non-uniformity in the support pedestal or cathode that holds the mask in the plasma reactor in which the mask etching process is performed. . RF bias power is applied to the pedestal to control the plasma ion energy at the mask surface, and RF source power is applied to the overhead coil antenna to generate plasma ions, for example. The RF bias source controls the electric field at the mask surface that affects ion energy. Since ion energy at the mask surface affects the etch rate, RF electrical non-uniformity at the pedestal produces a non-uniform etch rate distribution on the mask surface. We have found several sources of RF non-uniformity in the pedestal. One cause is the titanium screws that hold the aluminum pedestal (cathode) and the aluminum fixture plate. These screws create nodes in the electric field pattern across the surface of the pedestal (and thus the mask surface) because their electrical properties differ from those of the aluminum cathode. Another cause is a nonuniform distribution of conductivity between the cathode and the installation plate. Electrical conduction between the facility plate and the cathode is mainly limited to the periphery of the plate and the cathode. This may be due at least in part to the bowing of the cathode induced by vacuum pressure during the plasma process. Conduction near these perimeters may be uneven due to various factors, such as irregular tightening of the titanium screws and / or differences in surface finish near the perimeter of the plate or pedestal. We solved this problem by introducing several features that enhance RF electrical uniformity across the front of the pedestal. First, RF field nonuniformity or discontinuity caused by the presence of titanium screws in an aluminum cathode is solved by providing a continuous titanium gas injection ring that surrounds the head of all titanium screws and extends around the top surface periphery of the cathode. The change in conductivity due to the surface difference or irregular tightening of the titanium screws provides a conductive nickel plating on the facing peripheral surface of the fixture plate and cathode, and the RF gasket between the fixture plate and the cathode-tightly squeezed between them at these perimeters. Is solved by introducing

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.Referring to FIG. 1, a plasma reactor for etching a pattern in a mask includes a vacuum chamber 10 surrounded by side walls 12 and an upper ceiling 14 and is evacuated by a vacuum pump 15 that controls chamber pressure. do. Mask support pedestal 16 within chamber 10 supports mask 18. As disclosed later herein, the mask typically consists of a quartz substrate, and may further include additional mask thin film layers, such as chromium and molybdenum silicide, on the quartz substrate top surface. Also provided is a pattern-defining layer, which may be a hardmask or photoresist formed of a chromium layer. In other types of masks, the quartz substrate has no other top layer except for the photoresist pattern.

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.The plasma source power is applied by the upper inner and outer coil antennas 20, 22 driven by the respective RF source power generators 24, 26 via the RF matching circuits 28, 30, respectively. Sidewall 12 may be aluminum or other metal connected to ground, but ceiling 14 is typically an insulating material that allows inductive coupling of RF power from coil antennas 20 and 22 into chamber 10. Process gas is injected from the gas panel 36 via a gas manifold 34 through injection nozzles 32 evenly spaced above the sidewall 12. The gas panel 36 is composed of an output valve or flow control device 42 connected to the manifold 34 and several gas sources 38 connected through individual valves or flow control devices 40.

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. The mask support pedestal 16 consists of a metal (eg aluminum) cathode 44 supported on a metal (eg aluminum) fixture plate 46. The cathode 44 includes internal cooling or heating fluid flow passages (not shown) that are supplied and exhausted by supply and discharge ports (not shown) in the facility plate 46. RF bias power is applied from the RF bias power generator 48 to the installation plate through the RF impedance matching circuit 50. RF bias power is conducted to the top surface of the cathode 44 beyond the boundary between the facility plate 46 and the cathode 44. The cathode 44 comprises a central plateau 44a on which a rectangular quartz mask or substrate 18 is supported. As will be shown below, the pleto 44a is slightly smaller so that a small portion or lip 18a around the mask extends a short distance past the pleto 44a, but the pleto dimension is typically the dimension of the mask 18. Similar to

플레토(44a)를 둘러싸는 페데스탈 가스 주입 링(52)은 가스 주입 링(52)의 약 2/5를 형성하는 커버 가스 주입 링(52a)과 가스 주입 링(52)의 나머지 3/5을 형성하는 캡쳐(capture) 가스 주입 링(52b)으로 (도 2B 또는 도 7에 도시된 웨지 또는 파이 섹션 형태로) 나뉜다. 캡쳐 가스 주입 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 가스 주입 링(52b)을 상승시키며, 이는 지지 페데스탈(16)로부터 마스크(18) 제거가 필요할 때마다 립(18a)을 통해 마스크(18)를 상승시킨다. 페데스탈 가스 주입 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 가스 주입 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 가스 주입 링 층(55)이 석영이고 상부 가스 주입 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.The pedestal gas injection ring 52 surrounding the pleto 44a forms the cover gas injection ring 52a and the remaining 3/5 of the gas injection ring 52 forming about two fifths of the gas injection ring 52. It is divided into a capture gas injection ring 52b that forms (in the form of a wedge or pie section shown in FIG. 2B or 7). The capture gas injection ring 52b includes a shelf 54 in which the lip 18a of the mask 18 is located. Three lift pins 56 (only one of which can be seen in FIG. 1) raise the capture gas injection ring 52b, which is a lip 18a each time the mask 18 needs to be removed from the support pedestal 16. The mask 18 is raised. The pedestal gas injection ring 52 has different electrical characteristics selected to match the RF impedance at the frequency of the bias power generator 48, represented by the combination of the quartz mask 18 and the aluminum pleto 44a. It consists of layers 53 and 55 of material. (The cover and the capture rings 52a and 52b are composed of different layers 53 and 55.) Also, the upper surface of the capture gas injection ring 52 is coplanar with the upper surface of the mask 18, and thus the mask ( A large uniform surface extending beyond the edge of 18) promotes a uniform electric field and sheath voltage on the surface of the mask 18 during the plasma process. Typically, this condition is satisfied when the lower gas injection ring layer 55 is quartz and the upper gas injection ring layer 53 is ceramic, such as alumina. The process controller 60 controls the gas panel 36, the RF generators 24, 26, 48 and the wafer handling apparatus 61. The wafer processing apparatus may include a lift servo 62 connected to the lift pin 56, a robot blade arm 63, and a slit valve 64 on the sidewall 12 of the chamber 10.

균일하게 이격된 일련의 티타늄 나사(70)는 캐소드(44)와 설비 플레이트(46)의 주변주를 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 가스 주입 링(82)이 캐소드(44) 상면의 주변부에 있는 고리형 그루브(84)에 위치된다.A series of evenly spaced titanium screws 70 secure them to each other along the perimeter of the cathode 44 and fixture plate 46. Due to the electrical difference between the aluminum cathode / facility plates 44 and 46 and the titanium screw 70, the screw 70 provides discontinuous non-uniformity in the RF electric field at the top of the cathode 44. Differences in the opposing surfaces of cathode 44 and fixture plate 46 create non-uniformity in the conductivity between them along the periphery of cathode 44 and fixture plate 46, providing a non-uniformity corresponding to the RF electric field. do. Since the cathode 44 tends to be bent upwards (due to the chamber vacuum) during the plasma process, the major electrical contact between the cathode 44 and the fixture plate 46 is made along these periphery. In order to reduce the sensitivity of the electrical conductivity between the cathode 44 and the installation plate 46 due to (a) differences in the tightness of the plurality of titanium screws 70 and (b) differences in the surface properties, nickel and Similarly, an annular thin film 72 of highly conductive material is deposited on the periphery of the lower surface 44b of the cathode 44, and a corresponding annular thin film 74 made of (eg) nickel is installed on the installation plate 46. Is deposited on the periphery of top surface 46a of the substrate. The nickel films 72, 74 are aligned to each other so that the two annular nickel films 72, 74 constitute opposing contact surfaces of the pedestal 44 and the fixture plate 46, with a very constant electrical conductivity therebetween. Gives the distribution of. In addition, the improvement in uniform electrical conductivity is realized by providing an annular groove 76 along the periphery of the bottom surface of the cathode 44 and placing the conductive RF gasket 80 in the groove 76. Optionally, a similar annular groove 78 may be provided on the top surface of the facility plate 46 in line with the groove 76. RF gasket 80 may be a suitable conventional variant, such as a metal helix that is compressed as the cathode 44 and fixture plate 46 are compressed with each other and tightened with screws 70. In order to reduce or eliminate non-uniform points of the field distribution that are likely to occur at the head of the titanium screw 70, a continuous titanium gas injection ring 82 is provided in the annular groove 84 at the periphery of the upper surface of the cathode 44. Is located.

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 벨로즈(96)로 인도된다. 도 2B는 캡쳐 가스 주입 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.2A shows a mask support pedestal 16 and a lift assembly 90 underlying it. The lift assembly 90 includes a lift spider 92 driven by a pneumatic actuator or lift servo 94 and three lift pins 56 positioned on the lift spider 92. Lift pins 56 are directed to lift bellows 96 including ball bearings 98 for extremely flat, frictionless movement (to reduce contamination caused by wear). 2B shows the cathode 44 including the mask 18 in the raised position with the capture gas injection ring 52b. The space formed by the separation of the cover and capture rings 52a, 52b when the mask 18 is raised allows access to the mask 18 by the robot blade.

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 가스 주입 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, 식 각 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 감소되며, 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(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 감소되며, 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 감소된다. 플런저(110)의 축 방향 이동을 제어하는 액추에이터(118) 는 불균일성을 보상하도록, 또는 균일성을 최대화시키기도록 식각 속도 분포를 조절하기 위해서 공정 제어장치(60)(도 1)에 의해 조절될 수 있다. An extremely low center of etch rate distribution problem across the surface of the mask 18 is solved by changing the distribution of the electrical properties (eg, electrical permittivity) of the cathode pleto 44a. This is achieved in one embodiment by providing a central insert 102 and an outer insert 104 surrounding the top surface of the pleto 44a, the two inserts having a planar surface continuous with the pedestal gas injection ring 52. Forming and electrically different materials. For example, to reduce the tendency of the etch rate distribution to be extremely low centered, the central insert 102 may be a conventional material (eg, aluminum) and the outer insert 104 may be an insulating material (eg, Ceramics such as alumina). This conductive form of the central insert 102 provides a very low impedance path to RF current, increasing the ion energy and etching rate at the center of the mask 18, while the insulating outer insert 104 has a higher impedance. Decreases the etch rate at the periphery of the mask 18. This combination improves the etch rate distribution, making the etch rate distribution more uniform. Along with these characteristics, fine adjustment of the etch rate distribution can be performed by adjusting the relative RF power levels applied to the inner and outer coil antennas 20, 22. The radial distribution variation in plasma ion density required to achieve a uniform etch rate distribution is reduced to a very small amount, which is within the RF power distribution capability between the inner and outer coils 20, 22 to obtain a uniform etch rate distribution. 3 is a top view of the inner and outer inserts 102, 104. In an alternate embodiment, inserts 102 and 104 are insulators having different dielectric constants (electrical permittivity). 4 and 5 show a design in accordance with the inventive concept, wherein four concentric rings 102, 104, 106, 108 with progressively different electrical properties are used to make the etch rate distribution more uniform. 6 and 7 illustrate alternative embodiments that provide real-time tunability of the distribution of the RF electrical characteristics of the cathode 44. The plunger 110 controls the axial position of the movable aluminum plate 112 inside the hollow cylinder 114 in the center of the cathode 44. The aluminum plate 112 is in electrical contact with the remainder of the aluminum pleto 44a. An insulator (eg, ceramic) top layer 116 may cover the top of the cathode 44. As the aluminum plate 112 is pressed close to the top of the cylinder 114, the electrical impedance through the central region of the cathode 44 is reduced, thus increasing the etch rate at the center of the mask 18. Conversely, as the aluminum plate 112 moves down from the mask 18 in the cylinder 114, the etch rate at the center of the mask is reduced. The actuator 118 that controls the axial movement of the plunger 110 may be adjusted by the process controller 60 (FIG. 1) to compensate for nonuniformity or to adjust the etch rate distribution to maximize uniformity. have.

마스크 후면을 통한 Through the back of the mask 식각Etching 속도  speed 모니터링monitoring 및 종점 검출 : And endpoint detection:

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 재 기록하는 것이 불가피하다.The high manufacturing costs incurred by periodically stopping the etch process to measure the etch depth or pattern size of the mask are reduced or eliminated using optical sensing through the back of the mask or substrate 18 and the cathode 44. In order to perform these periodic measurements, it was necessary to stop the etch process because of the low etch selectivity compared to photoresist: in general, the etching of the mask material is considerably slower than the photoresist. This problem is typically solved by depositing a thick photoresist on the mask, but the high etch rate of the resist randomly uneven or roughens the photoresist surface. This roughness can affect the light passing through the photoresist and introduce noise into any optical measurement of pattern size or etch depth. Thus, the photoresist can be temporarily removed for each periodic measurement to ensure noise-free optical measurement, which re-deposits the photoresist and rewrites the reticle pattern on the photoresist before restarting the interrupted mask etching process. It is inevitable to do so.

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.The mask etch plasma reactor shown in FIG. 8 solves these problems, and the entire etching process in which the mask or substrate 18 is placed on the mask support pedestal 16 using a backside optical measuring device provided in the cathode 44. While allowing for continuous observation of pattern size or measurement of etch depth. The backside measurement device utilizes the optically transparent nature of the mask substrate 18, which is typically quartz. Although thin films (chromium or molybdenum silicide) that can be deposited will be opaque, the formation of patterned openings defining the reticle pattern of the mask 18 can be optically sensed. The change in light intensity reflected by or transmitted through these layers can be observed through the cathode 44 from behind the mask. This observation can be used to perform etching process endpoint detection. When etching the quartz material, the optical interference seen through the cathode 44 and seen from behind the mask can be sensed to perform etch depth measurements in real time during the etching process. One advantage is that the images or light signals sensed from the back side of the mask are not affected by photoresist noise, or at least in comparison with an attempt to make such a measurement from the top side (photoresist side) of the mask 18. It is not affected.

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, 광 원(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 간섭무늬를 검출할 수 있으며, 이로부터 식각 깊이가 확정될 수 있다(즉, 간섭 또는 회절 패턴으로부터 추정될 수 있거나, 간섭무늬 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; 간섭무늬를 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.For this purpose, the reactor of FIG. 8 includes a recess 120 in the top surface of the cathode 44, which has a lens 122 with the optical axis pointing towards the back of the mask or substrate 18. The pair of optical fibers 124 and 126 having a smaller diameter than the lens 122 have ends 124a and 126a approximating to or in contact with the lens 122, and the optical axis of the lens 122 Are arranged next to each other. Each of the optical fibers 124, 126 shown in FIG. 8 may be a substantially small optical fiber bundle. The optical fiber 124 has another end 124b connected with the light source 128. The light source emits light of a wavelength that passes through the mask 18, typically visible to the quartz mask. For interference depth measurements, the wavelength spectrum of the light source 128 is chosen to easily cause local coherence in the reticle pattern of the mask 18. For periodic features in an etched mask structure on the order of about 45 nm (or for periodic feature sizes of less than 1 micron), this condition is met when the light source 128 emits a visible light spectrum. The optical fiber 126 has another end 126b connected with the optical receiver 130. In the case of simple endpoint detection, the optical receiver 130 can simply detect the light intensity. In the case of pattern size (eg, line width) measurement, the optical receiver 130 may detect an image of lines etched within the viewing angle of the lens 122, from which the line width may be determined. In the case of etch depth measurement, the optical receiver 130 may detect an interference pattern or an interference fringe, from which the etch depth may be determined (ie, may be estimated from the interference or diffraction pattern, or calculated from the number of interference fringes). Can be). In another embodiment, optical receiver 130 may include a spectrometer that performs multi-wavelength interference measurements from which an etch rate may be estimated or calculated. For this determination, the process control device 60 includes an optical signal processing device 132 capable of processing the optical signal from the optical receiver. Such optical signal processing includes performing an etching process endpoint detection from a change in ambient light intensity; Pattern size measurement from the two-dimensional image sensed by the optical receiver 130; Etching depth calculation by calculating interference fringes; When the optical receiver 130 is configured as a spectrometer, it may involve one of the etching depth calculations (according to certain embodiments) from the multi-wavelength interference spectrum. Alternatively, such a spectrometer can be used to perform etch process endpoint detection from the backside of the wafer by a light emission spectrometer, and when the light source 128 is not used, it is emitted by the plasma to provide a transparent mask 18. Use light that passes through it.

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.The process control device 60 may process process endpoint detection information (or information) from the optical signal processing device 132 to control various components of the plasma reactor including the RF generator 24, 26, 28 and the wafer handling device 61. Etch depth measurement information). Typically, the process control device 60 stops the etching process and removes the mask from the pedestal 16 when the etching process end point is reached.

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.9 is a graph showing the ambient reflected light intensity detected from the top surface (coated with photoresist) of the mask as a function of time during the chromium etching process (where the chromium thin film on the quartz mask surface is etched according to the mask reticle pattern). . Large swings in intensity shown in the graph of FIG. 9 indicate noise generated by roughness at the top surface of the photoresist layer. The dashed line represents the step function signal hidden in the noise, and the step function coincides with the chromium etching process endpoint. FIG. 10 is the same measurement graph taken from the backside of the wafer through the cathode 44 in the reactor of FIG. 8, where the optical receiver 130 senses the reflected light level. The noise generated by the photoresist is greatly reduced, and the endpoint forming the step function is clearly seen in the optical data. The end of the step function represents a transition point at which the reflected light intensity drops as the etching process reaches the bottom of the chromium thin film, where the reflective surface area of chromium is drastically reduced.

도 11 및 도 12는 시간에 대한(또는, 동일하게 공간에 대한) 광 세기 그래프 이며, 도 12에서, 광 수신기(130)에 의해 감지되었으며, 여기서 광 세기에서의 주기적인 피크는 간섭무늬에 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 간섭무늬 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.11 and 12 are graphs of light intensity over time (or equally over space), and in FIG. 12, as detected by the optical receiver 130, where the periodic peaks in the light intensity correspond to an interference fringe. The peak spacing determines the etch depth, or thickness difference between the different surfaces of the periodically spaced apart features etched into the transparent quartz mask substrate 18. 11 shows the intensity detected through the photoresist from the top surface of the mask, including significant noise components produced by the photoresist that interfere with the detection of the interference fringe. FIG. 12 shows the intensity sensed through the mask backside by the optical receiver 130 of FIG. 8, substantially free of noise generated by the photoresist.

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.FIG. 13 is a graph showing the light intensity as a function of wavelength for the case where the optical receiver 130 is composed of a spectrometer and the light source 128 generates the wavelength spectrum. The characteristic of the spectral intensity in the graph of FIG. 13 indicates a state in which interference occurs between light reflected from a surface of different depths of features less than 1 micron periodically spaced in the transparent mask 18. At short wavelengths, the peaks are more periodic and more evenly spaced, and the main optical action is interference. At long wavelengths, local coherence for periodic features in the mask 18 is not very strong, so diffraction is becoming increasingly important as the wavelength increases, and intensity characteristics at higher wavelengths are less uniform, as shown in FIG. 13. Spaced and more complex. The peak spacing in FIG. 13 is a function of the etching depth, especially at low wavelengths, and the etching depth can be estimated as the peak-to-peak spacing.

도 14는 도 8의 반응기의 실시예를 도시하며, 여기서 광 수신기(130)는 주변 광 세기 검출기이고 광신호 처리장치(132)는 도 10의 종점 검출 그래프에 대응하는 전체 반사된 광 세기에서의 큰 변화(스텝 함수)를 검출하도록 프로그램 된다. 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.FIG. 14 shows an embodiment of the reactor of FIG. 8, where the optical receiver 130 is an ambient light intensity detector and the optical signal processing device 132 is at the total reflected light intensity corresponding to the endpoint detection graph of FIG. 10. It is programmed to detect large changes (step functions). Light source 128 may be any suitable light source in this embodiment. Optionally, the light source 128 may be omitted, such that the photosensor 130 only responds to light from the plasma delivered through the transparent mask or substrate 18.

도 15는 도 8의 반응기의 실시예를 도시하며, 여기서 광 수신기(130)는 간섭무늬를 구별하도록 렌즈(122)에 의해 충분히 초점 맞춰진 간섭무늬 검출기이고, 광신호 처리장치(132)는 투명 석영 마스크(18)의 식각 깊이를 계산하기 위해 (예를 들어, 도 12에 도시된 형태의 시간 데이터 대 세기로부터) 간섭무늬를 계산하도록 프로그램 된다. 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 매칭(match)를 검사하기 위해 통상적인 산술적 매칭 또는 최소화 루틴을 이용할 수 있다. 매칭은 로직(200)이 공정 제어장치(60)에게 식각 종점을 알리게 한다.FIG. 15 shows an embodiment of the reactor of FIG. 8, wherein the optical receiver 130 is an interference fringe detector sufficiently focused by the lens 122 to distinguish the interference fringes, and the optical signal processing apparatus 132 is a transparent quartz It is programmed to calculate the interference fringes (eg, from time data versus intensity in the form shown in FIG. 12) to calculate the etch depth of the mask 18. This calculation yields a substantially instant etch depth, which is compared by the logic 200 to the user-specified target depth stored in the memory 202. The logic 200 may use conventional arithmetic matching or minimization routines to check for a match between the stored depth value and the measured depth value. The matching causes the logic 200 to inform the process control device 60 of the etch endpoint.

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 조건기(conditioner)와 아날로그-대-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 매칭 또는 대략적 매칭은 공정 제어장치(60)로 전송될 식각 공정 종점 플래그를 생성한다.FIG. 16 illustrates an embodiment of the reactor of FIG. 8, using the interference spectroscopy technique of FIG. 13 to measure or determine the etch depth of the transparent quartz mask or substrate 18. In this case, light source 128 emits spectral or multiple wavelengths in the visible range (for periodic mask feature sizes of hundreds of nanometers or less). The optical receiver 130 is a spectrometer. The combination of the signal conditioner and the analog-to-digital converter 220 converts the spectral information collected by the spectrometer 130 into digital data that can be processed by the optical signal processor 132. One mode in which endpoint detection can be performed is performed to calculate the etch depth from the interval between periodic peaks of the short wavelength range of the data indicated by FIG. 13, as mentioned above. The comparison logic 200 may compare the instantaneously measured etch depth with the user-specified target depth stored in the memory 202 to determine whether the etch process endpoint has been achieved. In another mode, comparison logic 200 is sufficient to compare the digitally indicated wavelength spectrum (corresponding to the graph of FIG. 13) representing the instantaneous output of spectrometer 130 with a known spectrum corresponding to the desired etch depth. Powerful Known spectra are stored in the memory 202. Matching or coarse matching between the measured spectrum and the stored spectrum, detected by the comparison logic 200, generates an etch process endpoint flag to be sent to the process controller 60.

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.FIG. 17 shows an embodiment of the reactor of FIG. 8, in which an optical receiver 130 can distinguish emission lines from light radiation emitted by the plasma in the chamber to perform optical emission spectroscopy (OES). to be. Processing device 132 is an OES processing device programmed to track (or detect loss of) the selected optical lines corresponding to chemical species that indicate the material of the layer to be etched. In accordance with the predetermined change (eg, loss of the chromium wavelength line in the OES spectrum during the chromium etching process), the processing device 132 sends an etching process endpoint detection signal to the process control device 60.

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 간섭무늬가 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.FIG. 18 illustrates an embodiment in which the inventors are configured to have a pair of lenses 230, 232 in recesses 231, 233, respectively, spaced apart from the surface of the cathode 44, wherein the lenses 230, 232 are shown in FIG. The interference fringes are focused so that the focused light is transmitted by each optical fiber 234, 236 facing or contacting each lens 230, 232. The optical fibers 234, 236 are connected to an interference detector 238 (which may be a pattern detector or spectrometer), and the detector 238 has an output connected to the process control device 60. The lenses 230 and 232 receive light from the light source 240 through the optical fibers 242 and 244. This light is reflected from the top of the mask 18 to the back of the lenses 230 and 232 and transmitted to the detector 238 by the optical fibers 234 and 236. In addition, the embodiment of FIG. 18 has a third recess 249 on the cathode surface, which accommodates a third lens 250 that is connected to the input of the OES spectrometer 254 via an optical fiber 252. The OES processor 256 processes the output of the OES spectrometer 254 to perform endpoint detection and transmits the results to the process control device 60. The cathode 44 of the FIG. 18 embodiment is shown in FIG. 19 and shows three recesses 231, 233, 249 which receive lenses 230, 232, 250, respectively. FIG. 20 shows corresponding holes 260, 261, 262 for accommodating an optical device (not shown) supporting the lenses 230, 232, 250 in the installation plate 46. Fig. 21 is a cross-sectional view showing the connection between the lens and the optical fiber inside the pedestal.

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.Although FIGS. 16, 17, and 18 are described as using spectrometers 130 (FIGS. 16 and 17) and 254 (FIG. 18), spectrometers 130 or 254 may include one or more optical wavelength filters tuned to predetermined wavelengths. Can be replaced. Each of these optical wavelength filters can be combined with a photomultiplier to enhance the signal amplitude.

후면 종점-검출 마스크 Rear end-detection mask 식각Etching 공정 : fair :

도 22A 및 도 22B는 마스크의 석영 물질에 레티클 패턴을 식각하는 공정를 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).22A and 22B illustrate a process of etching a reticle pattern on the quartz material of a mask. In FIG. 22A, the quartz mask substrate 210 is covered with a photoresist layer 212 having a structure of openings 216 created in the photoresist layer 212 and periodically spaced lines 214. In the reactor of FIG. 15 or 16, a quartz-etch process gas consisting of CHF 3 + CF 4 + Ar is injected into chamber 10, powered by RF generators 24, 26, 48 and the quartz material is photoresisted. It is etched into the opening 216 formed in the layer 212. The etch depth of quartz is continuously measured using interference between light 218 reflected at the etched top surface and light 219 reflected at the unetched top surface of the quartz substrate 210. The etching process stops when the desired etching depth is reached (Figure 22A). The photoresist is then removed to produce the desired mask (Figure 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 크롬 층(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.23A-23E show lower quartz mask substrate 210, molybdenum silicide layer 260 (containing molybdenum oxy-silicon nitride), chromium layer 262, chromium oxide antireflective coating 264, and photoresist layer 266. A process of etching a three-layer mask structure constructed with the openings 268 formed in the photoresist layer 264 is shown (FIG. 23A). In the step of FIG. 23B, the chromium layer 262 and the antireflective coating 264 perform OES endpoint detection (chamber in FIG. 17) using a chromium etching process gas such as Cl2 + O2 + CF4 or a simple reflective endpoint. It is etched in the plasma reactor chamber to perform the detection (chamber of FIG. 14). Photoresist layer 266 is removed (FIG. 23C). Molybdenum silicide layer 260 is then etched, as shown in FIG. 23D, using a process gas that is an etchant of molybdenum silicide, such as SF6 + Cl2, and a chromium layer 262, such as a hard mask. This step takes place in a plasma reactor that performs end point detection by simple ambient reflection or by OES end point detection, such as the chamber of FIG. 14 or 17. In FIG. 23E, chromium layer 262 and chromium oxide antireflective coating 264 are removed using a chromium etching process gas such as CH3 + CF4 + Ar. This step can be accomplished using the reactor of FIG. 14 or FIG. 17 to perform simple endpoint detection without etch depth measurements. This leaves a quartz mask substrate having a top layer of molybdenum silicide with a reticle pattern formed.

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 중단된 다. 최종 결과가 도 24E에 도시된다.24A-24E illustrate a process for fabricating a two-layer mask consisting of periodic chrome lines on a transparent quartz mask disposed next to the exposed quartz in a periodic space, with one of the exposed quartz spaces being transmissive The light is etched to a depth that is phase shifted to the desired angle (eg 180 degrees). 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 with a process gas of Cl2 + O2 + CF4 in a reactor chamber such as the chamber of FIG. 14 or 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 the quartz-etch process gas consisting of CHF 3 + CF 4 + Ar as shown in FIG. 24D. . The quartz etching step of FIG. 24D is performed in a reactor chamber capable of sensing or monitoring the etch depth of the quartz mask substrate 300, such as the chamber of FIG. 15 or 16. During the etching process, the instantaneous etching depth is continuously monitored, and the etching process is stopped when the target etching depth is reached in the mask 300. The final result is shown in FIG. 24E.

마스크 표면에 대한 For the mask surface 식각Etching 속도 분포의 연속적인  Continuous of the velocity distribution 모니터링monitoring : :

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 간섭무늬를 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 간섭무늬들 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.25 and 26 show an embodiment of the wafer support pedestal 16 of FIG. 1 with a matrix of backside etch depth sensing components (lens and optical fiber) on top of cathode 44, which stops the etch process. Or instantaneously provide an instant image or sample of an etch rate distribution or an etch depth distribution over the entire surface of the mask or substrate during the etching process without interrupting or otherwise disturbing the mask substrate. Aluminum pleto 44a has a matrix of openings 320 on its top surface, each opening having a lens 322 facing the back of mask substrate 300. The light source 324 provides light through an output optical fiber 326 connected with each lens 322. Lens 322 provides sufficient focusing to distinguish interference fringes. Interference detector 328, which may be a sensor or spectrometer to facilitate pattern calculation, is coupled with an input optical fiber 330 associated with each lens 322. The switch or multiplexer 332 directs light sequentially from each input fiber 330 to the detector 328. It is provided with three modes that can operate in the device of FIGS. 25 and 26. In the first mode, the etch depth in the viewing angle of a given lens 322 is calculated from the spacing between the interference fringes. In the second mode, the detector 328 is a spectrometer and the etch depth within the viewing angle of a given lens 322 is calculated from the short wavelength peak spacing of the multi-wavelength interference spectrum (corresponding to FIG. 13). In a third mode, the multi-wavelength interference spectrum is detected at a given instantaneous time and compared with a library 340 of spectra for that known etch depth. The etching rate distribution is calculated from the etching depth and the elapsed time. This distribution records the etch nonuniformity of the process and passes it to the process controller 132. Controller 132 may respond to reduce the non-uniformity of the etch rate distribution by adjusting the adjustable characteristics of the reactor.

도 25 및 도 26의 실시예는 플레토(44a)의 상면에 식각 깊이 센서 또는 렌즈(322)로 이루어진 3ㅧ3 매트릭스를 갖는 것으로 도시되었으나, 이러한 센서들의 매트릭스에 임의 개수의 행과 열이 사용되어 매트릭스는 nㅧm 매트릭스가 될 수 있으며, 여기서 m 및 n은 적절한 정수이다.25 and 26 are shown having a 3x3 matrix of etch depth sensors or lenses 322 on top of the pleto 44a, but any number of rows and columns are used in the matrix of such sensors. Matrix can be an n ㅧ m matrix, where m and n are appropriate integers.

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 프로그램 될 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.In one embodiment, the process control device 132 may be programmed to estimate whether the etch rate distribution is high or low centered (from the etch rate distribution information supplied by the spectrometer or sensor 130). Process control device 60 may respond to this information by adjusting certain adjustable characteristics of the reactor to reduce non-uniformity. For example, the process controller 60 can change the RF power allocation between the inner coil 20 and the outer coil 22. Alternatively or additionally, the process control device 60 may change the height of the movable aluminum plate 112 in the reactor of FIGS. 6 and 7. Feedback from the etch depth sensing component array or matrix of the pleto 44a allows the process control 60 to improve the uniformity of the etch rate distribution by error testing and subsequent testing of the adjustable components of the reactor. .

실시간 구성가능 공정 가스 분포 :Real-time configurable process gas distribution:

도 27 및 도 29는 개별적으로 제어가능한 가스 주입 오리피스 또는 노즐(32)의 어레이를 가지는 도 1의 플라즈마 반응기의 실시예를 나타낸다. 개별 노즐(32)을 개별적으로 제어함으로써, 챔버(10) 내의 가스 분포는 가공품 또는 마스크(18) 전체에 걸친 식각 속도의 불균일한 분포를 교정하도록 변경될 수 있다. 도시된 실시예에서, 가스 노즐(32)의 어레이는 천장(14) 부근의 측벽(12)에 위치된다. 이를 위해, 반응기는 제거가능한 리드(342) - 이의 하면은 천장(14)을 구성함 - 와 측벽(12)의 상부 사이에 고정되는 상부 가스 주입 링(338)을 포함한다. 상부 가스 주입 링(338)의 하부 표면에 있는 외부 숄더(344)는 측벽(12)의 상면에 위치된다. 가스 주입 링의 상면에 있는 내부 숄더(346)는 리드(342)의 테두리를 수용한다. 리드(342)의 하부 표면에 제공된 외부 숄더(348)는 가스 주입 링(338)의 내부 숄더(346)에 위치된다. 가스 주입 오리피스 또는 노즐(32)은 가스 주입 링(338)의 수직 내부 표면(349)에 형성되며, 이는 가스 주입 링(338)의 내부 직경으로써 정의될 수 있다. 주입 노즐(32) 각각으로의 가스 흐름은 개별 밸브(350)에 의해 개별적으로 제어되며, 노즐(32) 각각에 대해 하나의 밸브(350)가 제공된다. 가스 패널(36)로부터 유입되는 공정 가스는 가스 주입 링(338)에 형성된 입력 포트(354)와 연결된 가스 공급 라인(352)을 통해 흐른다. 가스 주입 링(338)에 형성된 가스 공급 출구(356-1, 356-2)는 입력 포트(354)에서 유입되는 공정 가스를 유출한다. 일련의 차단 가능한 가스 흐름 라인(358)은, 각각의 가스 공급 출구 또는 포트(356)로부터 해당하는 밸브(350) 세트로 공정 가스를 전달하는, 가스 주입 링(338)의 주 변부 외측에 일련의 접속부를 형성한다.27 and 29 show an embodiment of the plasma reactor of FIG. 1 with an array of individually controllable gas injection orifices or nozzles 32. By controlling the individual nozzles 32 individually, the gas distribution in the chamber 10 can be altered to correct for non-uniform distributions of etch rates throughout the workpiece or mask 18. In the illustrated embodiment, the array of gas nozzles 32 is located on the sidewall 12 near the ceiling 14. To this end, the reactor comprises an upper gas injection ring 338 fixed between the removable lid 342, the lower surface of which constitutes the ceiling 14, and the top of the side wall 12. The outer shoulder 344 on the lower surface of the upper gas injection ring 338 is located on the top surface of the side wall 12. An inner shoulder 346 on the top of the gas injection ring receives the rim of the lid 342. An outer shoulder 348 provided on the lower surface of the lid 342 is located in the inner shoulder 346 of the gas injection ring 338. A gas injection orifice or nozzle 32 is formed at the vertical inner surface 349 of the gas injection ring 338, which may be defined as the inner diameter of the gas injection ring 338. The gas flow to each of the injection nozzles 32 is individually controlled by an individual valve 350, and one valve 350 is provided for each nozzle 32. Process gas flowing from gas panel 36 flows through gas supply line 352 connected to input port 354 formed in gas injection ring 338. Gas supply outlets 356-1 and 356-2 formed in the gas injection ring 338 flow out process gas flowing from the input port 354. A series of shutoff gas flow lines 358 are connected to a series of outer periphery of the gas injection ring 338 that delivers process gas from each gas supply outlet or port 356 to the corresponding set of valves 350. Form a connection.

바람직한 실시예에서, 각각의 밸브(350)는 공기식으로(pneumatically) 제어되며, 입력 흐름 통과(flow-through) 포트(350a) 및 출력 흐름 통과 포트(350b), 제어된 가스 출구 포트(350c) 및 공기압 제어 입력 포트(350d)를 갖는다. 출구 포트(350c)는 제어된 공정 가스를 해당하는 하나의 노즐(32)로 공급한다. 공정 가스는 입력 흐름 통과 포트(350a)에서 출력 흐름 통과 포트(350b)로 자유롭게 흐른다. 제어 입력 포트(350d)에서 압축 공기압은 흐름 통과 포트들(350a, 350b)을 통과하는 임의의 공정 가스를 가스 출구 포트(350c)로 전환할지를 결정한다. 이러한 공기압식 제어 밸브는 공지되어 있어, 이들 내부 구조를 본 명세서에서 개시할 필요는 없다. 가스 흐름 라인들(358-1, 358-2)은 가스 공급 출구들(356-1, 356-2)에서 밸브들(350-1, 350-2)의 입력 흐름 통과 포트(350a)로 연결된다. 나머지 가스 공급 라인들(358) 각각은 하나의 밸브(350)의 출력 흐름 통과 포트(350a)에서 다음 밸브(350)의 입력 흐름 통과 포트(350b)로 연결된다. 따라서 도 28 도면의 좌측에 있는 일련의 밸브(350)들을 통한 가스 흐름은 시계 반대 방향인 반면, 도 28 도면의 우측에 있는 일련의 밸브(350)들을 통한 가스 흐름은 시계 방향이다.In a preferred embodiment, each valve 350 is pneumatically controlled, an input flow-through port 350a and an output flow-through port 350b, controlled gas outlet port 350c. And an air pressure control input port 350d. The outlet port 350c supplies the controlled process gas to one corresponding nozzle 32. Process gas flows freely from input flow through port 350a to output flow through port 350b. The compressed air pressure at the control input port 350d determines whether to convert any process gas passing through the flow through ports 350a and 350b to the gas outlet port 350c. Such pneumatic control valves are known, and these internal structures need not be disclosed herein. Gas flow lines 358-1 and 358-2 are connected from the gas supply outlets 356-1 and 356-2 to the input flow through port 350a of the valves 350-1 and 350-2. . Each of the remaining gas supply lines 358 is connected from the output flow through port 350a of one valve 350 to the input flow through port 350b of the next valve 350. Thus, the gas flow through the series of valves 350 on the left side of FIG. 28 is counterclockwise, while the gas flow through the series of valves 350 on the right side of FIG. 28 is clockwise.

각각의 출력 포트(356)에서 일련의 밸브(350)로의 가스 흐름은 일련의 임의의 중간 밸브(350)들에 의해 차단되지 않는다. 각각의 밸브(350)는 해당 가스 주입 오리피스(32)로 가스 흐름을 제공하기 위해 임의의 다른 밸브(350)를 턴온 또는 턴오프 시키지 않고도 턴 "온" 될 수 있고, 주입 오리피스로의 가스 흐름을 중단시키기 위해 턴 "오프"될 수 있다. 밸브 설정 처리장치(360)는 모든 밸브(350)를 제 어하며 밸브 제어 링크(362)를 통해 임의의 조합의 밸브(350)를 턴온 또는 턴오프 시킬 수도 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 밸브(350)는 공기압 밸브이며, 제어 링크(362)는 코일 안테나(20, 22) 부근에 전기 도체가 존재하는 것을 방지하기 위해 공기압(공기) 튜브이다. 도 28의 실시예에서, 압축기(364)는 개별 공기압 밸브(350)의 공기압 제어 입력(350a)으로의 가압 공기의 인가를 제어하는 솔레노이드(즉, 전기적으로 제어되는) 밸브(365) 어레이로 압력 하의 공기를 공급한다. 밸브 설정 처리장치(360)는 코일 안테나(20, 22)로부터 떨어져 있는 전기적 링크들을 통해 솔레노이드 밸브(365)를 제어한다.Gas flow from each output port 356 to the series of valves 350 is not blocked by any series of intermediate valves 350. Each valve 350 can be turned “on” without turning on or turning off any other valve 350 to provide gas flow to the corresponding gas injection orifice 32, and allow gas flow to the injection orifice. It may be turned “off” to abort. The valve setting processor 360 controls all valves 350 and may turn on or turn off any combination of valves 350 through the valve control link 362. As mentioned above, in a preferred embodiment, the valve 350 is a pneumatic valve and the control link 362 is a pneumatic (air) tube to prevent the presence of electrical conductors near the coil antennas 20, 22. . In the embodiment of FIG. 28, the compressor 364 is pressured with an array of solenoid (ie electrically controlled) valves 365 that control the application of pressurized air to the pneumatic control inputs 350a of the individual pneumatic valves 350. Supply air from the bottom. The valve setting processor 360 controls the solenoid valve 365 via electrical links away from the coil antennas 20, 22.

도 29는 밸브들(350)이 공기압식으로 제어되기 보다는 각각 전기적으로 제어되는 도 28 실시예의 변형을 도시한다. 도 29에서, 각각의 제어 링크(362)는 제어장치(360)로부터 해당하는 하나의 밸브(350)로 직접 연장되는 전기 라인이며, 공기 압축기(364) 및 압축 공기 솔레노이드 밸브(365) 어레이는 제거되었다.FIG. 29 illustrates a variation of the FIG. 28 embodiment where 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 the corresponding one valve 350, with the air compressor 364 and the compressed air solenoid valve 365 array removed. It became.

다시 도 27 및 도 28을 참조하면, 각각의 오리피스(32)는 가스 주입 링(338)을 관통하는 방사형 원통형 통로(366)로 형성된다. 중공의 원통형 슬리브(368)는 통로(366) 내에 수용되며, 슬리브(368)의 팁(368a)은 가스 주입 오리피스를 형성한다. 각각의 슬리브(368)는 세라믹 물질로 구성되며 제거가능하다. 가스 주입 오리피스 또는 노즐(32)의 추가적인 상세내용은 도 36A 및 36B의 설명에서 찾을 수 있다. 각 밸브(350)의 제어된 가스 출력 포트(350c)는 해당 방사형 통로(366)의 외측 단부와 짧은 가스 공급 라인(370)을 통해 연결된다. 전체 가스 분포 어셈블리는 모듈 방식이며, 각각의 출구 가스 공급 라인(358) 및 각각의 짧은 가스 공급 라인(370)의 연결(또는 분리)에 의해 신속하게 분해되며, 슬리브(368)는 홀(366)에서 개별적으로 제거가능하다. 이런 방식으로, 가스 주입 링(338)의 가스 분배 구성요소 및 어셈블리 지지체는 예를 들어, 가스 주입 링(338)과 같은, 반응기의 비싼 부품들을 제거하거나 교체할 필요 없이, 각각의 원리에 따라 쉽게 교체된다.Referring again to FIGS. 27 and 28, each orifice 32 is formed with a radial cylindrical passage 366 through the gas injection ring 338. The hollow cylindrical sleeve 368 is received in the passage 366 and the tip 368a of the sleeve 368 forms a gas injection orifice. Each sleeve 368 is made of a ceramic material and is removable. Additional details of the gas injection orifice or nozzle 32 can be found in the description of FIGS. 36A and 36B. The controlled gas output port 350c of each valve 350 is connected to the outer end of the corresponding radial passage 366 via a short gas supply line 370. The entire gas distribution assembly is modular and is quickly disassembled by the connection (or disconnection) of each outlet gas supply line 358 and each short gas supply line 370, and the sleeve 368 is a hole 366. Individually removable in In this way, the gas distribution component and assembly support of the gas injection ring 338 can be easily installed according to the respective principles, without having to remove or replace expensive parts of the reactor, such as, for example, the gas injection ring 338. Replaced.

도 30A 내지 도 30D는 상이한 밸브 설정으로 도 27 및 도 28 반응기에서 수행되는 식각 공정의 고정된 시간 주기에 얻어지는 마스크(18) 전체에 걸친 식각 깊이 분포에 대한 그래프들이다. 도 30A의 식각 분포는 모든 밸브(350)가 개방되었을 때 얻어지는 것이며, 일반적으로 마스크 표면 전체에 걸쳐 0.51%의 편차 또는 높은 불균일성을 가지는 중심이 낮은 식각 분포이다. 도 30B의 분포는 한 쌍의 인접한 밸브(350a, 350b)가 폐쇄되고, 나머지 밸브들(350)이 개방된 경우 얻어진 것으로, 단지 0.38%의 편차 또는 불균일성을 가지는 거의 균일한 분포이다. 도 30C는 모든 밸브들(350)이 개방된 상태로 다시 밸브 설정을 재조정함으로써 얻어진 것이다. 도 30C의 분포는 보다 중심이 낮아진다. 도 30D의 분포는 상이한 쌍의 인접한 밸브(350c, 350d)를 폐쇄시킴으로써 얻어진 것이다. 결과 분포는 단지 0.40%의 편차를 갖는 보다 균일하고 덜 중심이 낮게 된다.30A-30D are graphs of the etch depth distribution across the mask 18 obtained at a fixed time period of the etching process performed in the reactors of FIGS. 27 and 28 with different valve settings. The etch distribution in FIG. 30A is obtained when all valves 350 are open, and is generally a low center etch distribution with 0.51% variation or high nonuniformity across the mask surface. The distribution in FIG. 30B is obtained when a pair of adjacent valves 350a and 350b are closed and the remaining valves 350 are open, which is a nearly uniform distribution with only 0.38% of variation or non-uniformity. 30C is obtained by readjusting the valve setting again with all valves 350 open. The distribution in FIG. 30C is lower in center. The distribution in FIG. 30D is obtained by closing different pairs of adjacent valves 350c and 350d. The resulting distribution is more uniform and less centered with only 0.40% of variation.

도 31은 가스 주입 노즐(32)이 가스 주입 링(338) 내에서 지그재그로 또는 "W" 패턴으로 배치되는 대안적인 실시예를 나타낸다. 각각의 노즐은 이전 실시예들에서 개시된 것처럼 독립적으로 제어된다. 주입 패턴은 노즐의 하부 열(32b)만을 또는 상부 열(32a) 만을 활성화시킴으로써 천장에 대해 이동될 수 있다. 노즐들 간의 간격은 선택된 노즐(32)만(예를 들어, 세 번째 노즐마다 또는 네 번째 노 즐마다)을 활성화시킴으로써 변경될 수 있다. 도 32는 노즐(32)이 상이한 방향으로 분사되기 위해서 어떻게 배열되어 있는지를 나타내는 가스 주입 링(338)의 일부분의 단면도이다. 가스 분포의 큰 변화는 예를 들어, 특정 방향으로 배향된 노즐들(32) 만을 턴온 시키는 밸브 설정 제어장치(60)에 의해 얻어질 수 있다. 예를 들어, 도 32의 도면에서 우측으로 기울어진 모든 노즐(32c)은 다른 모든 부분들을 제외하고 동시에 턴온 될 수 있다. 큰 변화 또는 교정은 예를 들어, 우측으로 기울어진 모든 노즐(32c)을 포함하는 다른 모든 부분들을 턴오프 시키면서 좌측으로 기울어진 모든 노즐(32d)을 턴온 시킴으로써 달성된다.FIG. 31 illustrates an alternative embodiment in which the gas injection nozzle 32 is disposed in a zigzag or " W " pattern in the gas injection ring 338. As shown in FIG. Each nozzle is controlled independently as disclosed in the previous embodiments. The injection pattern can be moved relative to the ceiling by activating only the bottom row 32b of the nozzle or only the top row 32a. The spacing between the nozzles can be changed by activating only the selected nozzle 32 (eg, every third nozzle or every fourth nozzle). 32 is a cross-sectional view of a portion of the gas injection ring 338 showing how the nozzles 32 are arranged to be ejected in different directions. A large change in gas distribution can be obtained, for example, by the valve setting controller 60 which turns on only the nozzles 32 oriented in a particular direction. For example, all nozzles 32c inclined to the right in the figure of FIG. 32 can be turned on at the same time except for all other parts. Large changes or corrections are achieved by turning on all nozzles 32d inclined to the left, for example, while turning off all other parts including all nozzles 32c inclined to the right.

후면 식각 깊이 측정 센서 어레이로부터의 피드백으로 조절가능한 반응기 부재 제어 : Adjustable reactor part control with feedback from rear etch depth sensor array :

도 33 및 도 34를 참조로, 마스크 식각 플라즈마 반응기의 조절가능한 구성요소들의 피드백 제어는 도 25 및 도 26의 후면 식각 깊이 센서의 2차원 어레이의 출력을 이용하여 제공된다. 조절가능한 구성요소 또는 구성요소들은 도 27 및 도 28의 개별적으로 제어되는 가스 주입 노즐(32) 어레이를 포함할 수 있다. 선택적으로, 또는 부가적으로, 이러한 피드백 루프에서 제어되는 조절가능한 구성요소는 도 6 및 도 7의 반응기에서 이동식 알루미늄 플레이트(112)의 높이 또는 내부 및 외부 코일들(20, 22) 간의 RF 전력 할당을 포함할 수 있다.With reference to FIGS. 33 and 34, feedback control of the adjustable components of the mask etch plasma reactor is provided using the output of the two dimensional array of the back etch depth sensors of FIGS. 25 and 26. The adjustable component or components may include the individually controlled gas injection nozzles 32 of FIGS. 27 and 28. Optionally or additionally, the adjustable component controlled in this feedback loop is the height of the movable aluminum plate 112 or the RF power allocation between the inner and outer coils 20, 22 in the reactor of FIGS. 6 and 7. It may include.

도 25 및 도 26의 식각 깊이 감지 구성요소(130)의 어레이 또는 매트릭스로부터의 피드백은 공정 제어장치(60)가 반응기 조절가능 구성요소에 대한 에러 조정 및 연속적인 시험에 의해 식각 속도 분포의 균일성을 개선하는 것을 허용한다. 도 33에서, 피드백 루프는 도 25 및 도 26의 후면 식각 깊이 센서(130)의 어레이(400)로 시작한다. 공정 제어장치(60)는 마스크(18)의 식각 속도에 있어서의 불균일성의 크기 및 위치를 추정하고 이러한 불균일성을 감소 또는 제거할 수 있는 반응기의 특정 조절가능한 구성요소의 가장 알맞은 변화를 추론하기 위해 마스크(18) 전체에 걸친 순간적인 식각 깊이 측정 이미지를 이용하도록 프로그램 된다. 이러한 정보는 프로세서(60)에 의해 반응기의 조절가능한 구성요소들 중 임의의 하나 또는 일부 또는 전체에게 전송되는 명령(또는 명령들)으로 변환된다. 따라서 도 33은 공정 제어장치(60)에서 조절가능한 구성요소들로의 출력 신호 경로를 나타내며, 임의의 하나 또는 전체 반응기에 존재할 수 있는 조절가능한 구성요소들은 내부 및 외부 안테나 RF 전력 발생기(24, 26)(내부 및 외부 RF 전력 할당을 위해), 이동식 알루미늄 플레이트(112)를 위한 액추에이터(118), 제어가능한 노즐(32) 어레이의 노즐 어레이 제어장치(360)를 포함한다.Feedback from the array or matrix of etch depth sensing components 130 of FIGS. 25 and 26 allows the process control 60 to uniformize the etch rate distribution by error adjustment and subsequent testing of the reactor adjustable components. Allow to improve. In FIG. 33, the feedback loop begins with the array 400 of the back etch depth sensor 130 of FIGS. 25 and 26. The process control device 60 estimates the magnitude and location of the nonuniformity in the etch rate of the mask 18 and infers the most appropriate change in the particular adjustable component of the reactor that can reduce or eliminate this nonuniformity. (18) Programmed to use instantaneous etch depth measurement images throughout. This information is translated into instructions (or instructions) sent by processor 60 to any one or some or all of the adjustable components of the reactor. 33 thus shows the output signal path from the process control device 60 to the adjustable components, wherein the adjustable components that may be present in any one or all reactors are internal and external antenna RF power generators 24, 26. (For internal and external RF power allocation), actuator 118 for movable aluminum plate 112, nozzle array controller 360 of controllable nozzle 32 arrays.

피드백 루프는 전체 마스크 식각 공정 동안 연속적으로 동작할 수 있으며, 따라서 마스크(18) 전체에 걸친 식각 속도 분포의 "이미지"로부터 프로세서(60)에 의해 감지되는 불균일성을 감소시킴으로써 마스크(18) 전체에 걸친 식각 속도 분포 불균일성이 개선되도록 한다. 피드백은 시험 및 에러 조정을 수행하기 위해 프로세서(60) 내의 소프트웨어에 의해 조절될 수 있다. 대안적으로, 프로세서(60) 내의 소프트웨어는 프로세서(60)가 감지된 식각 속도 분포의 불균일성에 대해 보다 지능적으로 응답게 할 수 있게 하는 상용 신경 훈련 기술 및 피드백 학습 기술을 통합할 수 있다. 이러한 소프트웨어 기술이 본 발명의 구성을 형성하는 것은 아니다.The feedback loop can operate continuously during the entire mask etching process, thus reducing the non-uniformity sensed by the processor 60 from the “image” of the etch rate distribution throughout the mask 18. Etch rate distribution nonuniformity is to be improved. The feedback can be adjusted by software in the processor 60 to perform the test and error adjustment. Alternatively, software within processor 60 may incorporate commercial neural training techniques and feedback learning techniques that enable processor 60 to respond more intelligently to nonuniformities in the sensed etch rate distribution. Such software technology does not form a configuration of the present invention.

일 실시예에서, 조절가능한 구성요소(또는 구성요소들)로의 피드백 명령은 식각 깊이 센서 어레이의 편차가 감소되도록 생성될 수 있다. 다른 실시예에서, 피드백은 특정 불균일성을 해결하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 센서(130) 어레이에 의해 감지되는 식각 속도 분포가 일사분면에서 또는 마스크(18)의 코너에서 매우 높을 수 있으며, 이 경우밸브 설정 처리장치는 상기 일사분면(one quadrant)에 제한된(시험) 양으로 가스 흐름을 감소시키도록 명령한다. 이러한 방편이 후면 센서(130)의 어레이로부터 얻어진 식각 속도 분포의 순차적 이미지에 따라서 제한된 성공으로 나타나는 경우, 가스 흐름 분포의 조절은 증가될 수 있다. 이러한 조절 및 교정 주기는 식각 속도 분포 균일성이 보다 개선되지 않을 때까지 지속될 수 있다.In one embodiment, a feedback command to the adjustable component (or components) may be generated such that the deviation of the etch depth sensor array is reduced. In other embodiments, feedback may be selected to resolve certain nonuniformities. For example, the etch rate distribution sensed by the array of sensors 130 may be very high in one quadrant or at the corner of the mask 18, in which case the valve setting processor is limited to one quadrant. Test) command to reduce the gas flow by volume. If such measures appear to be limited success depending on the sequential image of the etch rate distribution obtained from the array of backside sensors 130, the adjustment of the gas flow distribution can be increased. This adjustment and calibration cycle may last until the etch rate distribution uniformity is no longer improved.

또 다른 불균일성은 첫 번째 것이 교정된 이후 유사한 방식으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 상이한 위치에서의 식각 속도가 극도로 높을 수 있으며, 이 경우 후면 센서(130) 어레이로부터의 식각 속도 분포 "이미지"의 다수의 샘플들을 통해 이러한 불균일성에서 소정 감소 결과가 나타나는 한 상기 위치로의 가스 흐름은 감소된다.Another nonuniformity can be handled in a similar way after the first is corrected. For example, the etch rate at different locations may be extremely high, in which case such a location would result in a predetermined reduction in this non-uniformity through multiple samples of the etch rate distribution “image” from the rear sensor 130 array. Gas flow to the furnace is reduced.

식각 속도 불균일성이 대칭(예를 들어, 중심이 높은 또는 중심이 낮은 분포)인 경우, 알루미늄 플레이트(112)의 높이 또는 내부와 외부 코일(20, 22) 사이의 RF 전력 할당과 같은 대칭적 조절가능한 구성요소들은 피드백 제어 루프를 사용하 여 불균일성을 감소시키기 위해 프로세서(60)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 중심이 낮은 식각 속도 분포는 알루미늄 플레이트(112)를 상승시키거나 또는 내부 코일(20)에 대한(외부 코일(22)과 관련하여) RF 전력의 할당을 증가시키는 것 중 하나(또는 둘 다)에 의해 마스크(18)의 중앙에서 식각 속도를 증가시키는 프로세서(60)에 의해 불균일성이 덜 생기게 할 수 있다. 피드백 루프에서, 이러한 변화는 초기에는 작을 수 있고, 후면 센서(130)의 어레이로부터의 식각 분포 이미지의 균일성이 개선됨에 따라, 알루미늄 플레이트의 위치 및/또는 내부 코일(20)에 대한 전력의 할당은 보다 증가될 수 있다. 이러한 주기는 추가의 개선이 발견되지 않을 때까지 지속될 수 있다. 이전의 모든 기술들은 공정 제어장치(60)에 의해 실행되는 소프트웨어에서 구현될 수 있다.If the etch rate nonuniformity is symmetrical (e.g., high centered or low centered distribution), symmetrically adjustable, such as the height of the aluminum plate 112 or the RF power allocation between the inner and outer coils 20, 22 The components can be used by the processor 60 to reduce non-uniformity using a feedback control loop. For example, the low center etch rate distribution can either raise the aluminum plate 112 or increase the allocation of RF power to the inner coil 20 (relative to the outer coil 22) (or Both), resulting in less nonuniformity by the processor 60 which increases the etch rate in the center of the mask 18. In the feedback loop, this change can be small initially, and as the uniformity of the etch distribution image from the array of rear sensors 130 is improved, the location of the aluminum plate and / or the allocation of power to the inner coil 20 May be increased further. This cycle can last until no further improvement is found. All previous techniques can be implemented in software executed by the process control device 60.

도 35는 도 33 및 도 34의 실시예에서 공정 제어장치(60)에 의해 수행되는 피드백 사이클의 가능한 일례를 도시한다. 먼저, 프로세서(60)는 후면 센서(130) 어레이로부터 마스크 표면 전체에 걸친 식각 속도의 최근 2차원 이미지를 얻는다(도 35의 블록(380)). 이러한 이미지로부터, 프로세서(60)는 식각 속도 분포의 불균일성 패턴을 추정하고(블록(382)) 불균일성을 감소시킬 있는 옵션 리스트로부터 반응기의 조절가능한 구성요소들 중 하나에 대해 조절을 선택한다(블록(384)). 이렇게 조절을 수행한 후(블록(386)), 프로세서(60)는 최근 식각 속도 분포 이미지를 얻고(블록(388)) 이를 조절 이전에 선택된 이전 이미지와 비교한다. 개선이 이루어진 경우(불균일성이 감소), 프로세서(60)는 대체로 동일한 성공적인 조절로 보다 증가되도록, 동일한 사이클을 반복한다. 개선이 이루어지지 않은 경우(블록(390) 의 아니오), 선택된 조절은 옵션 리스트로부터 제거되며(블록(392)), 블록(384)의 단계로 복귀됨으로써 다른 조절이 선택된다.FIG. 35 shows a possible example of a feedback cycle performed by the process control device 60 in the embodiment of FIGS. 33 and 34. First, processor 60 obtains a recent two-dimensional image of the etch rate across the mask surface from the rear sensor 130 array (block 380 of FIG. 35). From this image, processor 60 estimates the non-uniformity pattern of the etch rate distribution (block 382) and selects an adjustment for one of the adjustable components of the reactor from the list of options that may reduce the non-uniformity (block ( 384)). After performing this adjustment (block 386), processor 60 obtains a recent etch rate distribution image (block 388) and compares it with the previous image selected prior to adjustment. When improvements are made (the nonuniformity is reduced), the processor 60 repeats the same cycle so that it is generally increased more with the same successful adjustment. If no improvement is made (NO in block 390), the selected adjustment is removed from the list of options (block 392), and another adjustment is selected by returning to step 384.

도 36A는, 도 27 및 28의 가스 주입 링(338)의 방사(radial) 원통형 통로(366) 안으로 주입될 수 있는, 가스 주입 오리피스 또는 노즐(32)의 일 실시예의 측면 횡단면도이다. 상술된 것과 같이, 노즐(32)은 손쉬운 대체를 위해서 방사 원통형 통로(366)에서 쉽게 제거될 수 있도록 구성된다. 노즐(32)은 금속 또는 세라믹과 같은 공정에 적합한 물질로 제조될 수 있는, 중공의 원통형 슬리브 또는 중공의 몸체(368)를 포함한다. 일 실시예에서, 중공의 몸체(368)는 알루미늄 산화물(Al2O3) 물질과 같은 알루미늄 또는 세라믹 물질로 제조된다. 중공의 몸체(368)는 제 1 외경(3620) 및 팁(368a)를 형성하는 더 작은 제 2 외경(3615)를 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 외경(3620)은 제 2 외경(3615)보다 약 50% 더 크다.FIG. 36A is a side cross-sectional view of one embodiment of a gas injection orifice or nozzle 32 that may be injected into the radial cylindrical passage 366 of the gas injection ring 338 of FIGS. 27 and 28. 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 suitable for a process such as metal or ceramic. In one embodiment, the hollow body 368 is made of aluminum or ceramic material, such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) material. The hollow body 368 includes 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.

종래의 노즐들이 노즐을 통로(366)에 고정 또는 부착시키는 경향이 있는 표면, 또는 스레드(threads) 또는 결합 메커니즘을 포함할 수 있기 때문에, 다른 노즐들에서 나타낸 한 가지 과제는 교체시의 노즐들의 제거 또는 설치에 관한 것이다. 또한, 이러한 종래 노즐들은 통로에서 회전되거나, 뒤틀리거나, 빠지거나 또는 다른 방식으로 분리되어야만 하기 때문에, 가스 주입 링(338)(도 27)은 챔버에서 제거되어야할 필요가 있을 수 있다. 이는 상당한 중단 시간을 야기하고, 처리량에 해를 끼친다. 노즐(32)은 고정 또는 부착되는 경향이 있는 표면을 줄이고, 또는 결합 연결부를 최소화함으로써 더욱 쉬운 대체를 가능하게 하도록 강화되었 다. 따라서 노즐들(32)의 대체는 과거에 직면되었던 챔버의 광범위한 분해를 필요로 하지 않으며, 이는 장비의 중단 시간을 최소화시킨다.Since conventional nozzles may include surfaces, or threads or coupling mechanisms, that tend to secure or attach the nozzles to the passage 366, one challenge addressed by other nozzles is the removal of nozzles during replacement. Or installation. Also, since these conventional nozzles must be rotated, twisted, drawn out, or otherwise separated in the passage, the gas injection ring 338 (FIG. 27) may need to be removed from the chamber. This causes significant downtime and damages throughput. The nozzle 32 has been reinforced to allow for easier replacement by reducing surfaces that tend to be fixed or attached, or by minimizing mating connections. The replacement of nozzles 32 thus does not require extensive disassembly of the chamber, which has been faced in the past, which minimizes equipment downtime.

또한 중공의 몸체(368)는 이를 관통하여 형성된 길이 방향의 통로를 포함하며, 이는 제 1 통로(3605) 및 제 2 통로(3610)을 포함한다. 일 실시예에서, 중공의 몸체(368)는 제 1 외경(3620)부에서 시작되어, 팁(368a)으로 이루어진 제 2 외경(3615)부를 적어도 부분적으로 통과하여 연장하는 제 1 통로(3605)를 포함한다. 제 1 통로(3605)는 제 1 직경을 포함하며, 제 2 통로(3610)는 제 1 직경보다 작은 제 2 직경을 포함하고, 제 1 통로는 약 90도의 경계에서 제 2 직경 안으로 급격하게 변동한다. 일 실시예에서, 제 2 통로(3610)는 제 1 통로(3605)의 직경에 비해 약 4배 작은 직경을 포함한다. 또한, 제 2 외경(3615)는 제 1 통로(3605) 안으로 개방하는 측면 통로(3618)를 포함한다. 측면 통로(3618)는 제 2 통로(3610)의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 포함할 수 있으며, 통상적으로 제 2 외경(3615) 또는 제 1 통로(36050)에 수직하게 배치된다.The hollow body 368 also includes a longitudinal passageway formed therethrough, which includes a first passageway 3605 and a second passageway 3610. In one embodiment, the hollow body 368 begins with the first outer diameter 3620 portion and extends through the first passageway 3605 extending at least partially through the second outer diameter 3615 portion of the tip 368a. Include. The first passage 3605 includes a first diameter, the second passage 3610 includes a second diameter smaller than the first diameter, and the first passage rapidly fluctuates into the second diameter at a boundary of about 90 degrees. . In one embodiment, the second passage 3610 includes a diameter about four times smaller than the diameter of the first passage 3605. The second outer diameter 3615 also includes a side passage 3618 that opens into the first passage 3605. Side passage 3618 may include a diameter substantially the same as the diameter of second passage 3610 and is typically disposed perpendicular to second outer diameter 3615 or first passage 36050.

도 36B는 도 36A에서 도시된 몸체(368)의 일부에 대한 확대 측면도이다. 제 1 외경(3620)부와 제 2 외경(3615)부 사이의 경계는 제 2 외경(3615)부에서 제 1 외경(3620)부로 직각으로 연장하는 방사 면(radial face; 3625)에 의해 결합된다. 일 실시예에서, 방사 면(3625)은, 챔퍼(chamfer) 일 수 있는, 릴리프(relief; 3630), 베벨(bevel), 또는 제 1 외경(3620)으로 변동하는 반경(radius)를 포함한다. 면(3625)은 이 안에 형성된 고리형 그루브(3635)를 포함하며, 이는 o형 가스 주입 링(미도시)를 수용하도록 o형 가스 주입 링 그루브로서 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 고리형 그루브(3635)로부터 바깥으로 방사상인 면(3625)을 포함하는 제 1 외경(3620)의 일부는 점선(3622)에 의해 지시된 것과 같이 제거될 수 있다. 이러한 구성에서, 면(3625)은 계단형일 수 있으며, o형 가스 주입 링은 고리형 그루브보다는 계단형 부분과 접속할 것이다. 일부 실시예에서, 면(3625)는 제 2 외경(3615)로 변하는 반경(3640)을 포함한다. 고리형 그루브(3635) (또는 선택적으로 점선(3622)에 의해 지시된 부분을 제거한 후에는 계단형 부분)는 긁힘 또는 기계 자국으로부터 자유로운 표면을 포함할 수 있으며, 일 실시예에서, 이러한 표면은 약 16 ㎛의 평균 표면 거칠기(Ra)를 가질 수 있도록 마감될 수 있다. 고리형 그루브(3635)를 제외한, 중공의 몸체(368) 표면도 약 32 ㎛의 Ra로 마감될 수 있다. 일 실시예에서, 팁(368a)은 팁(368a)의 면의 모서리를 완화하기 위해, 챔퍼일 수 있는 릴리프, 베벨, 또는 반경을 포함한다.FIG. 36B is an enlarged side view of a portion of the body 368 shown in FIG. 36A. The boundary between the first outer diameter 3620 portion and the second outer diameter 3615 portion is joined by a radial face 3625 extending at right angles from the second outer diameter 3615 portion to the first outer diameter 3620 portion. . In one embodiment, the radiating face 3625 includes a radius that fluctuates to a relief 3630, a bevel, or a first outer diameter 3620, which may be a chamfer. Face 3625 includes an annular groove 3635 formed therein, which may be configured as an o-type gas injection ring groove to receive an o-type gas injection ring (not shown). In one embodiment, a portion of first outer diameter 3620 that includes face 3625 radially outward from annular groove 3635 may be removed as indicated by dashed line 3622. In this configuration, face 3625 may be stepped, and the o-type gas injection ring will connect with the stepped portion rather than the annular groove. In some embodiments, face 3625 includes a radius 3640 that changes to a second outer diameter 3615. The annular groove 3635 (or optionally the stepped portion after removing the portion indicated by dashed line 3622) may comprise a surface free from scratches or machine marks, and in one embodiment, the surface is approximately It can be finished to have an average surface roughness Ra of 16 μm. Except for the annular groove 3635, the hollow body 368 surface may also be finished with an Ra of about 32 μm. In one embodiment, tip 368a includes a relief, bevel, or radius, which may be a chamfer, to relieve the edge of the face of tip 368a.

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.While it has been so far directed to embodiments of the invention, other features and embodiments of the invention may be devised without departing from the basic spirit and scope of the invention as determined by the appended claims.

도 1은 마스크 식각 공정을 수행하는 플라즈마 반응기의 일 실시예의 개념적인 횡단면도이다.1 is a conceptual cross-sectional view of one embodiment of a plasma reactor performing a mask etching process.

도 2A는 도 1의 반응기의 하부 부분의 등축(isometric) 절단도이다.FIG. 2A is an isometric cutaway view of the lower portion of the reactor of FIG. 1. FIG.

도 2B는 융기된 위치에 있는 도 1의 반응기의 마스크 지지 페데스탈 등축 부분 절단도이다.FIG. 2B is a mask cut pedestal isometric cutaway view of the reactor of FIG. 1 in a raised position. FIG.

도 3은 도 1의 반응기의 캐소드의 평면도이다.3 is a plan view of the cathode of the reactor of FIG.

도 4 및 도 5 각각은 도 1의 반응기의 캐소드의 대안적인 일 실시예의 측면도 및 평면도이다.4 and 5 are each a side view and a plan view of an alternative embodiment of the cathode of the reactor of FIG.

도 6 및 도 7 각각은 도 1의 반응기의 캐소드의 대안적인 다른 실시예의 측면도 및 평면도이다.6 and 7 are side and top views, respectively, of another alternative embodiment of the cathode of the reactor of FIG.

도 8은 후면 종점 검출 장치를 가지는 플라즈마 반응기의 개념적 측면도이다.8 is a conceptual side view of a plasma reactor having a back end detection device.

도 9 및 도 10은 마스크의 정면 및 후면으로부터 얻어진 각각의 종점 검출 광신호 그래프이다.9 and 10 are graphs of respective endpoint detection optical signals obtained from the front and rear surfaces of the mask.

도 11 및 도 12는 마스크의 정면 및 후면으로부터 얻어진 각각의 간섭무늬(interference fringe) 광신호 그래프이다.11 and 12 are graphs of respective interference fringe optical signals obtained from the front and rear surfaces of the mask.

도 13은 도 8의 반응기의 일 실시예에서 얻어진 다중 파장 간섭 스펙트럼 신호 그래프이다.FIG. 13 is a graph of a multi-wavelength interference spectral signal obtained in one embodiment of the reactor of FIG. 8.

도 14는 도 10에 해당하는 전체 반사 광세기를 기초로 후면 종점 검출을 수 행하는 도 8의 반응기의 일 실시예의 개념적인 측면도이다.FIG. 14 is a conceptual side view of one embodiment of the reactor of FIG. 8 performing backside endpoint detection based on the total reflected light intensity corresponding to FIG. 10.

도 15는 도 12에 해당하는 간섭무늬 계산을 기초로 후면 종점 검출을 수행하는 도 8의 반응기의 실시예의 개념적인 측면도이다.15 is a conceptual side view of the embodiment of the reactor of FIG. 8 performing backside endpoint detection based on the interference fringe calculation corresponding to FIG. 12.

도 16은 다중 파장 간섭 분광계를 기초로 후면 종점 검출을 수행하는 도 8의 실시예의 개념적인 측면도이다.FIG. 16 is a conceptual side view of the embodiment of FIG. 8 performing backside endpoint detection based on a multi-wavelength interference spectrometer. FIG.

도 17은 광 방출 분광계(OES; optical emission spectrometry)를 기초로 후면 종점 검출을 수행하는 도 8의 실시예의 개념적인 측면도이다.FIG. 17 is a conceptual side view of the embodiment of FIG. 8 performing backside endpoint detection based on optical emission spectrometry (OES).

도 18은 OES 및 간섭을 기초로 후면 종점 검출 모두를 구비한 예시를 도시하는 도 8의 반응기의 개념적인 측면도이다.FIG. 18 is a conceptual side view of the reactor of FIG. 8 showing an example with both backside endpoint detection based on OES and interference. FIG.

도 19 및 도 20은 각각 도 18의 실시예의 캐소드 및 설비 플레이트의 등거리도(isometric view)이다.19 and 20 are isometric views of the cathode and fixture plate of the embodiment of FIG. 18, respectively.

도 21은 도 19의 캐소드의 단면도이다.21 is a cross-sectional view of the cathode of FIG. 19.

도 22A 및 도 22B는 후면 종점 검출을 이용하는 석영 마스크 식각 공정에서의 순차적 단계들을 도시한다.22A and 22B illustrate sequential steps in a quartz mask etch process using back end detection.

도 23A, 23B, 23C, 23D 및 23E는 후면 종점 검출을 사용하는 크롬-몰리실리사이드-석영 마스크 식각 공정에서의 순차적 단계들을 도시한다.23A, 23B, 23C, 23D, and 23E show sequential steps in a chromium-molsilicide-quartz mask etching process using backside endpoint detection.

도 24A, 24B, 24C, 24D 및 24E는 후면 종점 검출을 사용하는 크롬-석영 마스크 식각 공정에서의 순차적 단계들을 도시한다. 24A, 24B, 24C, 24D and 24E show sequential steps in a chromium-quartz mask etching process using backside endpoint detection.

도 25 및 도 26 각각은 실시간 식각 속도 분포가 마스크 후면에서 연속적으로 측정되는 실시예의 개념적 측면도 및 단부도이다.25 and 26 are conceptual side and end views, respectively, of an embodiment where the real-time etch rate distribution is continuously measured at the back of the mask.

도 27 및 도 28 각각은 개별적으로 제어 가능한 가스 주입 노즐들의 어레이를 구비한 실시예의 등거리도 및 평면도이다.27 and 28 are each an isometric view and plan view of an embodiment with an array of individually controllable gas injection nozzles.

도 29는 공압 밸브(pneumatic valve)를 사용하는 도 27 및 도 28의 구현예의 평면도이다.FIG. 29 is a plan view of the embodiment of FIGS. 27 and 28 using a pneumatic valve.

도 30A 내지 도 30D는 도 27 및 도 28의 밸브들의 어레이 중 상이한 밸브들이 활성화되는 경우에 얻어진, 마스크 전체에 걸친 식각 깊이 분포 그래프이다.30A-30D are graphs of etch depth distribution across a mask, obtained when different valves of the array of valves of FIGS. 27 and 28 are activated.

도 31은 도 27 및 도 28의 반응기의 대안적인 실시예의 등거리도이다.FIG. 31 is an isometric view of an alternative embodiment of the reactor of FIGS. 27 and 28.

도 32는 도 27 및 도 28의 반응기의 대안적인 다른 실시예를 도시한다.32 shows another alternative embodiment of the reactor of FIGS. 27 and 28.

도 33 및 도 34 각각은 식각 속도 분포에 대한 즉각적인 2차원 이미지를 기초로 반응기의 조절가능한 구성요소들의 실시간 피드백 제어를 수행할 수 있는 플라즈마 반응기에 대한 블록도 및 투시도이다.33 and 34 are each a block diagram and perspective view of a plasma reactor capable of performing real-time feedback control of the adjustable components of the reactor based on an instant two-dimensional image of the etch rate distribution.

도 35는 도 33 및 도 34의 반응기에서 수행될 수 있는 피드백 제어 프로세스의 블록도이다.35 is a block diagram of a feedback control process that may be performed in the reactors of FIGS. 33 and 34.

도 36A는 가스 주입 노즐의 일 실시예의 측면 횡단면도이다.36A is a side cross-sectional view of one embodiment of a gas injection nozzle.

도 36B는 도 36A의 노즐의 몸체부의 확대 측면도이다.36B is an enlarged side view of the body portion of the nozzle of FIG. 36A.

Claims (20)

플라즈마 반응기의 가스 분배 링과 모듈 방식으로 결합되도록 적응된 가스 주입 노즐로써,A gas injection nozzle adapted to be modularly coupled with a gas distribution ring of a plasma reactor, 제 1 외경부 및 팁을 형성하는 제 2 외경부를 구비하는 중공 원통형 몸체;A hollow cylindrical body having a first outer diameter and a second outer diameter defining a tip; 상기 몸체를 관통하여 길이 방향으로 형성되고, 상기 제 1 외경부를 통과하여 적어도 부분적으로 상기 제 2 외경부 안으로 연장하는 제 1 통로; 및A first passage formed in the longitudinal direction through the body and extending at least partially into the second outer diameter portion through the first outer diameter portion; And 상기 제 1 통로와 동일한 축으로 정렬되고, 상기 제 1 통로의 단부에서 상기 팁의 단부로 길이방향으로 연장하는 제 2 통로를 포함하고, 상기 제 1 외경부는 상기 제 2 외경부보다 큰, 가스 주입 노즐.A second passage aligned with the same axis as the first passage and extending longitudinally from an end of the first passage to an end of the tip, the first outer diameter being greater than the second outer diameter Nozzle. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 외경부 내에 배치된 측면 통로는 상기 제 1 통로와 연결되는, 가스 주입 노즐.And a side passage disposed in the second outer diameter portion is connected to the first passage. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 통로는 상기 제 2 통로의 직경보다 4배 더 큰 직경을 구비하는, 가스 주입 노즐.And the first passage has a diameter four times larger than the diameter of the second passage. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 중공 원통형 몸체는 상기 제 2 외경부에서 상기 제 1 외경부로 직각으로 연장하는 방사 면(radial face)을 포함하는, 가스 주입 노즐.And said hollow cylindrical body comprises a radial face extending perpendicularly from said second outer diameter portion to said first outer diameter portion. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 방사 면은 고리형 그루브(annular groove)를 포함하는, 가스 주입 노즐.And the radial face comprises an annular groove. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 중공 원통형 몸체는 세라믹 물질로 제조되는, 가스 주입 노즐.And the hollow cylindrical body is made of ceramic material. 플라즈마 반응기의 가스 분배 링과 모듈 방식으로 결합되도록 적응된 가스 주입 노즐로써,A gas injection nozzle adapted to be modularly coupled with a gas distribution ring of a plasma reactor, 제 1 외경부 및 상기 제 1 외경부 보다 작은 제 2 외경부를 구비한 중공 원통형 몸체;A hollow cylindrical body having a first outer diameter portion and a second outer diameter portion smaller than the first outer diameter portion; 상기 제 1 외경부를 관통하여 배치되고, 상기 제 2 외경부를 관통하여 배치된 제 2 통로 안으로 90도 경계에서 변동하는 제 1 통로; 및A first passage disposed through the first outer diameter portion and varying at a 90 degree boundary into a second passage disposed through the second outer diameter portion; And 상기 제 1 외경부와 상기 제 2 외경부를 결합하는 방사 면을 포함하고, 상기 제 1 외경부는 상기 제 2 외경부보다 약 50% 더 큰, 가스 주입 노즐.And a radial surface joining the first outer diameter portion and the second outer diameter portion, wherein the first outer diameter portion is about 50% larger than the second outer diameter portion. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 방사 면은 상기 제 2 외경부와 직각으로 배치되는, 가스 주입 노즐.And the radial surface is disposed perpendicular to the second outer diameter portion. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 방사 면은 고리형 그루브를 포함하는, 가스 주입 노즐.And the radial side comprises an annular groove. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 고리형 그루브는 16 ㎛의 평균 표면 거칠기를 갖는, 가스 주입 노즐.The annular groove has an average surface roughness of 16 μm. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 중공 원통형 몸체는 세라믹 물질로 제조되는, 가스 주입 노즐.And the hollow cylindrical body is made of ceramic material. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 1 통로는 상기 제 2 통로의 직경보다 약 4배 더 큰 직경을 갖는, 가스 주입 노즐.And the first passageway has a diameter about four times larger than the diameter of the second passageway. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제 2 외경부에 배치된 측면 통로는 상기 제 1 통로와 연결되는, 가스 주입 노즐.And a side passage disposed in the second outer diameter portion is connected to the first passage. 플라즈마 반응기의 가스 분배 링과 모듈 방식으로 결합되도록 적응된 가스 주입 노즐로써,A gas injection nozzle adapted to be modularly coupled with a gas distribution ring of a plasma reactor, 제 1 외경부 및 팁을 형성하는 제 2 외경부를 구비하고, 상기 제 1 외경부는 상기 제 2 외경부보다 큰, 중공 원통형 몸체;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; 상기 몸체를 관통하여 길이 방향으로 형성되고, 상기 제 1 외경부를 통과해, 적어도 부분적으로 상기 제 2 외경부 안으로 연장하는 제 1 통로;A first passage formed in the longitudinal direction through the body and passing through the first outer diameter portion and at least partially extending into the second outer diameter portion; 상기 제 1 통로와 같은 축으로 정렬되고, 상기 제 1 통로와 90도 경계에서 변동하고, 상기 제 1 통로의 단부에서 상기 팁의 단부까지 길이 방향으로 연장하는 제 2 통로; 및A second passage aligned with the same axis as the first passage and varying at a 90 degree boundary with the first passage and extending longitudinally from an end of the first passage to an end of the tip; And 상기 제 1 통로와 연결되고 상기 제 2 외경부 내에 배치된 측면 통로를 포함하고, 상기 제 1 통로는 상기 제 2 통로의 직경보다 4배 더 큰 직격을 갖는, 가스 주입 노즐.And a side passage connected to said first passage and disposed within said second outer diameter portion, said first passage having a four times larger direct diameter than the diameter of said second passage. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제 1 외경부 및 상기 제 2 외경부는 32 ㎛의 평균 표면 거칠기를 갖는 표면을 포함하는, 가스 주입 노즐.And the first outer diameter portion and the second outer diameter portion include a surface having an average surface roughness of 32 μm. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 중공 원통형 몸체는 상기 제 2 외경부에서 상기 제 1 외경부로 직각으로 연장하는 방사 면을 포함하는, 가스 주입 노즐.And said hollow cylindrical body comprises a radial surface extending at right angles from said second outer diameter portion to said first outer diameter portion. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 방사 면은 고리형 그루브를 포함하는, 가스 주입 노즐.And the radial side comprises an annular groove. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 고리형 그루브는 16 ㎛의 평균 표면 거칠기를 갖는, 가스 주입 노즐.The annular groove has an average surface roughness of 16 μm. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 중공 원통형 몸체는 세라믹 물질로 제조되는, 가스 주입 노즐.And the hollow cylindrical body is made of ceramic material. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 중공 원통형 몸체는 알루미늄 산화물 물질로 제조되는, 가스 주입 노즐.And the hollow cylindrical body is made of aluminum oxide material.
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