专利名称：具有背部光传感器和蚀刻分布多频控制的等离子体反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有背部光传感器和蚀刻分布的多频控制的掩模蚀刻等离子 体反应器。
背景技术：
用于超大规tM^ (ULSI)电路的光刻掩模制备需要比半导体晶片处理高得多的 嫩购匀性。单个掩模图形通常在^^掩t肚占据四平方英寸的面积。掩模图形的成 像集中到晶片上单个芯片的面积(一平方英寸)上，然后 ^晶片上频，对于每 一个芯片形成一个图形。在,模图形 喊石英掩模之前，通过扫描电子束记录掩 模图形，这是消耗时间的过程，使单个掩模的成科目当高。掩模蚀刻工艺 ^掩模 的表面上不均匀。而且，记录;)fel^蚀剂图形的电子束本身不均匀，在晶片上的特征 尺寸为45nm盼瞎形下M^掩tULM示出2—3nm的临界尺寸(例如线宽度)变化。 (这个变化例如^^f有测量的线宽度的3 cj偏差)。jti^蚀剂临界尺寸的这种不均匀 性将随不同的掩t!^源或消费者而变化。掩模蚀刻工艺不会使这种变化的增加舰 l腦，使得嫩赚模图形的变化不^3134nm。这些严艘求是由为了在晶片上获 得清晰的图形而利用衍射^i^躬胞的。《歡隹用现有的技术来满腿些要求。m于 将来的可能涉及22nm晶片特征尺寸的技术甚至Bt。这种困难与嫩,置l!^相伴， 在蚀刻偏置现象中在掩模蚀刻工艺中繊抗蚀剂图形的损賴吏石英掩禾肚的蚀刻图 形的线宽度(临界尺寸)降低。由于典型的掩模材料(例如，碟、铬、硅化钼)相 对于 ^蚀剂的嫩'」选择腿常小于1，所以这些困难^t模嫩ij工艺所固有的， 使得在掩模嫩IJ工艺中掩模^^C蚀剂图^^嫩U。某些掩模图形需要以精确确定的深度在^^掩模中嫩啁期性的开口，劍于在 通 模曝光晶片的过程中获得干涉光束的非常精细的位相对齐是非常关键的。例 如，在一种相^f模中，由铬线和暴M^铬线每Hi上的细碟线确定每条线，在一 侧上的石英线仅被嫩倒给未ffl3tt被蚀刻的碟线的光掛共180度相移的精确深度。为了精确控制碟中的嫩蝶度，必须舰定时中断以测量石英中的蚀刻深棘 密切监控蚀刻工艺。每次这种检查需要^tt彭人掩模蚀刻反应室中移出，去除 ^[ 蚀剂，测量嫩蝶度，然后基于已消耗的嫩IJ工艺时间估i他l頂梳罙度的剩M^lJ 工艺时间，沉积新的 ^蚀剂，在抗蚀剂上用电子束记录掩模图形，重翻^f模送 入掩模嫩l度并重新开始蚀刻工艺。达至顾期深度的剩M1^J时间的估计假定嫩瞇率保持稳定并且均匀，因此是^RT靠的。这种麻烦的禾薪的问题包括低生产率、高成本及污染或 ^蚀剂图形中出现缺陷的可能性增加。然而，由于需要精确控制的蚀亥蝶度，所以自来没有解决这种问题的方法。小的临界尺寸变化公差需要嫩瞇 掩模表面上非常均匀的分布。在需要M 材料的精确嫩條度的掩模中，有两个临界尺寸， 一个纖宽度，另一个是嫩蝶度，而且两种类型的临界尺寸的均匀性都需要 ^掩，1±有均匀的 腿率分布。i131 4顿旨,改变竊子体离子密度径向分布的源功率施加器，诸如由位于晶片上的内部 和外部线圈殘纟贼的感应源功率施加器，可以将蚀刻速率分布的不均匀性斷氐至ij一 定禾號。然而，这种方齒又育濒处理轴繊的、即中间高或中间低的嫩ij速率分布的 不均匀性。实际上，嫩瞇率分布的不均匀性可能是一離辦尔的，诸如在掩模的一角 处具有高的嫩瞇率。更加基本的限制^t模嫩江艺趋向于具有中间非常低的嫩ij 速率分布，以致于可调部件诸如具有内部和夕卜部线圈的感应功率施加器不會巨使嫩'J速 率分布脱离中间低的形式。非均匀蚀刻速率分布的另一个问题是蚀刻速率分布趋向于在相同设计的不同反 应器之间剤艮大的变化，而且当纖部件或消耗性组件被替换时，诸如阴极被替换时 在相同反应器内可能有很大的变化。嫩腿率分布对被替换部件小的特征改变表现出 很高的敏感性，同时对消耗性组件的替换表现出^T预知的变化。发明内容本发明衝共了一种具有嫩掺数的多频率控制器的等离子体反应器。该反应駒 括反J^g和室内的工件支架，i^具有面向工件支架的顶板。感应耦合，子 功 率施加離于顶fetJ:，并将RF功率发生器连接到感应耦合源功率施加器上。电容耦合竊子臓功率施加器包含在顶板虹件支^J:的源功率电极。 一排amx件支撑台座的底部延伸穿虹件支撑台座并在工件支架的娥表面上形成一排开口。 一 排光纤穿31Mii，每条光纤具有(a)具有穿过支撑表面上的开口的视域的观察端，(b)在對卜顶啲输出端。将光学传 连接到光纤的输出端上。反应器还包括响应 光学传感器以调整通过感应耦合等离子体源功率施加器和电容耦合等离子体源功率 施加器同时耦合到室内的等离子体的功對目对量的控制器。
为了获得本发明的示范实施例并使其被详细地理解，将参照附图中示出的实施 例，给出前面鹏的本发明的更加详细的描述。应该離的是，为了不混淆本发明， 这里没有讨论某些已知的过程。图1描述了执行掩模蚀刻工艺的等离子体反应器； 图2A描述了图1中的反应器的下部；图2B描述了在提升位置时的图1中的反应器的掩模支撑台座； 图3是图1中反应器的阴极的顶视图； 图4和图5是阴极的一个替代实施例的顶视图和侧视图； 图6和图7是阴极的另一个替代^fi例的顶视图和侧视图； 图8是具有背部终点检测體的等离子体反应器的简化图； 图9和图10是分别Mt模的前侧和后侧获得光学终点检测信号的曲线； 图11和图12是分别从掩模的前侧和后侧获得干涉条纹光学信号的曲线； 图13是在图8的反应器的一个实施例中获得多波奸涉光i^言号的曲线； 图14示出了具有基于对应图10的完全鄉光纟艘的背部终点检测的图8的反应 器的一个实施例；图15示出了具有基于对应图12的干涉条纹计数的背部终点检测的图8的反应器 的一个鄉例；图16示出了具有基于多波长干涉光谱的背部终点检测的图8的反应器的一个实施例； ，图17示出了具有基于光学mt光谱(OES)的背部终点检测的图8的反应器的 一个实施例；图18示出了既具有OES又具有基开涉的背部终点检测的工作示例； 图19和图20分别是图18的鄉例的阴极和设备板的透视图； 图21是图19的阴极的截面图；图22A和图22B示出了采用背部终点检测在石英掩模 1」工艺中的一系列步骤;图23A、图23B、图23C、图23D和图23E示出了采用背部终点检测在铬一硅化铝一石英掩模蚀刻工艺中的一系列步骤；图24A、图24B、图24C、图24D和图24E示出了翻背部终点检测在铬一破掩模蚀刻工艺中的一系列步骤；图25和图26分别^A掩模背部连f翻懂实时t赅瞇率分布的实施例的侦舰图和 顶视图；图27和图28分别是具有一嫩拉可控的气MfeA喷嘴的魏例的透视图和顶视图；图29是^OT气压阀的图27和图28的实施例的执行工艺的顶视图；图30A到图30D是以激活图27和图28的阀阵列中的不同形式获得的掩^h的鹏深度分布图；图31示出了图27和图28的反应器的替代实施例；图32示出了图27和图28的反应器的另一个#[戈 例；图33和图34分别是f雜根^t膝瞇率分布的即时二维图像执行反应器可调元件的实时反馈控帝啲竊子体反应器的滩图和透视图；图35是可以在图33和图34的反应器中执行的反馈控制工艺的滩图；图36是根据本发明的实施例的等离子体反应器的简化滩图；图37A和图37B共同构成描述本发明的一个实施例的方法的方框图，此后将它们共同称为"图37";图38A娜述典型的感应耦合竊子体的鶴子体离子密度的径向分布的曲线； 图38B是描述典型的电容耦合竊子体的等离子体离子密度的径向分布的曲线； 图38C是根据本发明的方法在图36的反应器中获得的，子体离子密度的径向分布的曲线；图39示出了作为感应和电容皿功率的功率级比值的函数的离子径向分布的不 均匀性(偏差)；图40示出了作为感应和电容功率的脉冲占空比比值的函数的离子径向分布 的不均匀性(偏差)；图41是示出了对于感应和电容^^功率级的每对数值盼直定等离子体离子密度 线的示图；图42是示出了对于感应和电容耦合功率脉冲占空比的每对数值盼叵定，子体离子密度线的示图；图43示出了作为电容耦合功率的不同VHF频率的源功率级的函数的体，子体 电子密度的依存性的示图；图44A和44B —起构成了描述本发明另一个实施例的方法的方框图，此后将它 们共同称为"图44";图45是示出了对于电容和电感耦合功率的不同组合所获得的不同的体等离子体 电子功率分布函数的曲线；图46示出了当将电容耦合功率加到电感耦合功率上时所获得的不同的源功率级 的电子功率分布函数的变化；图47示出了对于不同禾號的离解(电子會糧分布)所获得的不同的光激光谱;图48是示出了离解度(例如自由碳或自由氟的总量)如何随着电感耦合功率与 电容耦合功率比值的增加而增加的曲线；图49録出了离解度(例如自由碳或自由氟的总量)如何随着电感耦合功率占 空比与电容耦合功率占空比比值的增加而增加的曲线；图50A和50B分别示出了脉冲电感耦合功率和电容耦合功率的同期波形；图51是示出了离解度如何随着电容耦合功率频率的增加而增加的曲线；图52A、 52B和52C分另提向晶片只施加低频偏置功率、只施加高频偏置功斜口 艮鹏加低频又施加高频偏置功率的情形下的鞘层离子育糧分布曲线；图53示出了在图37或图44的过程中要嫩啲多层栅极结构；图54示出了根据第一实施例的等离子体反应器；图55和56示出了图54的反应器中顶电极的不同，例；图57和58示出了图54的，器中感应天线的不同 例；图59示出了根据另一个实施例的等离子体反应器；图60示出了根据再一个实施例的，子体反应器；图61示出了根据又一个实施例的等离子体反应器；图62示出了根据又一个 例的等离子体反应器；图63示出了根据又一个实施例的等离子体反应器。为了便于 ，尽可能使用相同的附图ina，附图中相同的元件。1认为一个鄉例的元件和特征有利地包括在其它实施例中，而不需要进一步的余诚。然而， 应该注意，附图只解释本发明的^f樣性^S例，因此不认为限制其范围，因为本发明可以容许其它争效的实施例。具有提高的RF均匀性的阴极我们发现，掩模嫩i江艺中不均匀嫩ij聽分布的一个来源是在其中进行掩模蚀 亥ij工艺的等离子体反应器中支撑台座或対^t模的阴极中RF电不均匀性的存在。在 掩模表面上将RF偏置功率施加至怡座上以控制竊子体离子肯遣，同时将RF源功 率施加到例如顶部的线圈天线上以产生，子体离子。RF偏置功率控制ISt莫表面上 影响离子育糧的电场。由于掩模表面上的离子能量影响嫩瞇率，所以台座中的RF 电不均匀性 ^掩模表面上产生了蚀刻速率分布的不均匀性。我们发现，台座中的 RF不均匀性有几种来源。之一是将铝台座(阴极)和铝设备紧固在一起的钛螺丝。 螺丝在整个台座表面的电场图形中产生节点(并且因此在^h掩模的表面上产生节 点，因为它们的电性能与铝阴极的电性能不同)。另一个来源是阴极和设备粒间导 电率的不均匀分布。设备板和阴&t间的导被劉蹄赃板和阴极的周边的范围内。 这至少部分上是由于在等离子体处理中由真空压力造成的阴极的弯曲。由于多种因 氣诸如钛螺丝的不均匀的紧固和/或围绕板或台座的周边的表面光洁度的变化，会使 围绕这个周边的导电不均匀。我们舰引入提高齡台处RF电均匀性的几4^寺征 而解决了这些问题。首先，ffiil掛共围住所有钛螺屋的头部的、绕阴极的顶表面的周 边延伸的连续的钛环来解决由于在铝阴极中存在钛螺屋所弓胞的RF场的不均匀性或 不连续性。ilii在设备板和阴极的端面周边表面Jl^导电好的镍板、以Mil在设 备板和阴极之间弓l入压縮在它们之间的RF垫片，来解决由豫面差别或钛螺屋的不 均匀紧固所弓胞的导电率的变化。参照图1，用于在掩模中嫩鹏形的竊子体反应駒括由侧壁12禾口位于上面的 顶板14所包围的真空室10， iliffi制述力的真魏15抽真空。室10内的掩模支 撑台座16支歸掩模18。正如在本说明书中后面^^述的那样，掩t魏常由破 衬底构成，并腿可以包括在^^衬底的顶表面上的附加的掩模薄鹏，诸如铬和硅 化钼。财卜，存在形成图形的层，其可以是5fWC蚀剂或由铬层形成的石Ilt模。在其 它，^J^模中，^^寸底除了具有^^[蚀剂图形之外没有其它的位于上面的层。fflil各自的RF阻抗匹配电路28、 30由各自的RF源功率发生器24、 26来驱动 的位于上面的内部和外部线圈纖20、 22来施加竊子鹏功率。虽然侦幢12可以是接地的铝或其它金属，但是顶板14通常是使RF功率从线圈天线20、 22电感耦合 到室10中的绝缘材料。从气体仪表盘36中iMS气管34 iiil均匀间隔开的注入管 口 32将工艺气鹏入到侧壁12的顶部。气体仪表盘36可以由不同的气体供应源38 构成，气体供应源38舰各自的阀门顿量流量控制器40与输出阀门颇量流量控 帝ij器42连接，输出阀门顿量流量控制器42与进气管34對妾。掩模支撑台座16由支撑:^E^i (例如，铝)设备板46上的鍋(例如，铝)阴 极44构成。阴极44具有由设备板46中的供应口和排出口 (未示出)^!l和排空的 内部7轴蹄MJJ口热液術荒动鹏(未示出)。由RF偏置功率发生器48舰RF P鹏 匹配电路50将RF偏置功率施加到设备fei:。将RF偏置功率传导穿过设^&板46和 阴极44间的界面至哒阴极44的顶部表面。阴极44具有在其上支撑正方形石英掩模 或衬底18的中心平台44a。平台尺寸通常与掩模18的尺寸相当，然而平台44a略小 一些，以便掩t數卜围的小部分或職18a延伸到平台44a夕卜较失邵巨离，如将在后面讨 论的那样。围辨台44a的台座环52 (如图2B或图7戶标，在楔形鄉形部分内) 分为占环52的五分之二的盖环52a和占环52的五分之三的座圈52b。座圈52b具有 搁板54，可以将掩模18的边缘18a搁在搁板54中。当需要)^f模18从支撑台座16 移开时，三付降顶杆56 (在图l中仅有一个可见)举起座圈52b，座圈52bffijlii 缘18a使掩模18升起。台座环52由层53、 55构成，为层53、 55it择具有不同电特 征的材料以匹配5^l模18和铝平台44a在偏置功率发生器48的频率下戶万^J见的综 合RFP服。(盖环和座圈52a、 52b均由不同层53、 55构成。)而且，座圈52b的顶 部表面与掩模18的顶部表面是共面的，以舰伸至鹏模18边部以外的大的均匀表面， 會,在^M子体处SM司fg穿3iJt模18表面的均匀的电场和表层电压。典型地， 下面的环层55是5W上面的环层53是诸如氧化铝的陶瓷就可以满足这些割牛。工 艺控制器60控制气体仪表盘36、 RF发生器24、 26、 28和晶片iiJ^g61。晶片运 i^a可以包fi^接到升降顶杆56的升降伺服器62、机械叶片63和錢10的侧壁 12中的狭口阀64。一系列的等间距钛螺栓70沿阴极40和设备板46的外围将它们固定在一起。由 雅阴敏设备板44、 46和钛螺栓70之间的电差异，螺栓70将离鮮均匀性弓l入到 阴极44的顶部表面上的RF电场中。在阴极44的反向表面和设备板46之间的差异在 阴极44和设备板46之间沿它们的外围产生电导率的不均匀性，这在RF电场中引入 相应的不均匀性。由于在，子体处理期间阴极44趋向于在其中心弓起(由于室真空)，所以阴极44和设备板46之间的主要电连接是沿它们的外围。为了斷氏阴极44 和设备板46之间电导率对于(a)沿不同钛螺栓70的密附性变化和(b)表面特征的 变化的敏感性，在阴极44的底部表面44b的外围上放置由诸如镍的高导电的材料制 成的环形薄片72，同时将匹配的镍(例如)环形薄片74 ma在设备板46的底部表面 46a的外围上。镍薄片72、 74相，齐，以使两个环形镍薄片72、 74形成台座44 和设备板46的相对连接表面，在它们之间提供电导率的高均匀分布。Mil沿阴极44 的底部表面44b的外围配置环形凹槽76并在凹槽76内^S传导RF垫圈80可以实现 均匀电导率的进一步改进。视情况需要，可以在设备板46的顶部表面内配置相似的 与凹槽76相对齐的环形凹槽78。 RF垫圈80可以是诸如细的金属螺旋弹簧，当将阴 极44和设备板46臓在一起并由螺栓70固定时，RF垫圈80^E縮。为了斷氐或 消除趋于在钛螺栓70顶部发生的电场分布的点状不均匀性，在阴极44的顶部表面的 外围中的环形凹槽84内放g^续的钛环82。图2A描述了掩模支撑台座16及其下面的升降组件90。升辭且件90包括由气动 致动器或升降伺服器94驱动的升降三脚架92和在升降三脚架92上的三M降顶杆 56。在升降月驗96内弓l导升降顶杆56，升降月鯰96包括用于非常平滑且几乎鹏擦 运动(为了斷氐由磨损弓胞的污染)的纟 ^承98。图2B描述了带有座圈52b和处 在提升i^a的掩模18的阴极44。当提升掩模时由盖环和座圈52a、 52b分离形成的空 间允许机械叶片^St模18。ilii改变阴极平台44a的电性能(例如，电容率)分布可以解决旨掩模18的 表面上中心嫩瞇割[^常低的分布问题。在一个鄉例中，这可以M在平台44a的 顶部表面上配置中A祸入物102和周围外部插入物104来实现，两个插入物与台座环 52形成连续的平面，且是电性能不同的材料。例如，为了降低嫩瞇率分布变得中心 非常低的趋势，中A祸入物102可以是导电材料(例如，铝)而外部插入物104可以 是绝缘材料(例如，诸如氧化铝的陶瓷)。中A插入物102这种导电型式提供了 RF 电流的非常低的低KMit，提高掩模18中心处的离子^4和嫩瞇率，而绝缘的 外部插入物104 ^J见更高的P職，^f氐了掩模18外围的嫩瞇率。这种结合舰了 嫩瞇率分布，使其更^5均匀。由于这HT征，可以i!31调翻加到内部和外部线 圈天线20、 22的相对RF功率级来执行嫩瞇率分布的细微调节。使实现均匀嫩瞇 率分布所需的m子体离子密度径向分布中的改变劇氐到相当小的程度，这种程度能 够由为了获得均匀嫩瞇率分布而进行的在内部和外部线圈20、22之间的RF功率分配来实现。图3是内部和外部插入物102、 104的顶视图。在一个替代实施例中，插 入物102、 104可以是具有不同介电常数(电容率)的绝缘体。图4、图5描述了基于 这种麟的详尽细节，其中l顿具有累體别电性能的四个同心环102、 104、 106、 108以使七顿腿率分布更加均匀。图6和图7描述了替代鄉例，其掛共了阴极44 电性能分布的实时调节。活塞UO控制可移动铝板112在阴极44中心内部的中空圆 柱114内的轴向位置。铝板112与铝平台44a的剩余部分电撤虫。绝缘体(例如，陶 瓷)顶片116會^ffl盖阴极44的顶部。当推动铝板112更靠近圆柱114的顶部时， 斷氐了舰阴极44中心区域的电阻抗，因此提高了掩模18中心的蚀刻速率。相反， 当将铝板112在圆柱114内部向下运动远离掩模18时，斷氐了掩模中心的嫩瞇率。 可以由工艺控制器60 (图1)驱动控制活塞110的轴向运动的致动器118来调节嫩寸 速率分布以最大化均匀性或W尝不均匀性。aajt模背部的蚀刻速率监控和终点检测寸顿通过阴极44和ilil^模或衬底18的背部的光传感来斷氐或消除周斯性地中 断蚀刻工艺以测量掩t肚的嫩蝶度或临界尺寸的高成本。以前一直需要中断嫩i江 艺鄉纟豫种周期性的测量，因为相对于^m蚀剂的嫩隨择性差通常，掩模材 料比光致抗蚀剂蚀刻得慢。通常通过在掩模上沉积光致抗蚀剂的厚层来解决这个问 题，但繊蚀剂的高嫩瞇率致^^afC蚀剂表面无规则地不均匀^ffi糙。这种粗糙 度影响Mil^t蚀剂的光，并且因此鹏声弓l入到临界尺寸或嫩嗨度的倒可光学观糧中。因此，对于每一次周期性的测量暂时除去M^:蚀剂来确保没有噪声的光学测量，使得需要在mi 开始和中断掩模嫩ij工艺之前再次沉积^^蚀剂和将i織图开祸次i繊J^^C蚀剂中。图8中描绘的掩模嫩轉离子体反应器使用设置在阴极44内的背部光学测 Sii免了这幽繊，使f雜掩模或衬底18留在掩模支撑台座16上的原处时，倉,在irm刻工艺中连续观察临界尺寸^ift^刻深度。光学测a^fi利用通常是^的掩模18的光透明本质。可以沉积在其上方的薄膜(诸如铬或硅化钼)可以是不透明 的，但是可以光感应限定掩模18的l織图案的图案化开口的形成。Mil阴极44在掩 模背侦何以观察到这些层所础的^M^蝶纖的光3驢的变化。可以用这种观 察皿行嫩ij工艺终点检测。当蚀刻石英材料时，可以感/^M阴极44在掩模背部 观察到的^F涉以在嫩IJ工艺中进行实时嫩幌度测量。 一馆势^MH模背侧感应至啲花样或光信号不受3t^抗蚀剂噪声的影响，或者至少与试图从掩模18的顶表面(^i)t蚀剂—则)进《豫种测量相比受到的影响小。为了这些目的，图8的反应器包括在阴极44的顶表面内的、容纳纖122的凹 部120， itl竟122的光轴面向掩模或衬底18的背部。 一对直径tliitm 122小的光纤 124、 126具有M^ 魏4it^ 122的端部124a、 126a，并且都相互在,122的光 轴处对准。图8中描绘的每条光纤124、 126实际上都可以是一小束光纤。光纤124 具有与光源128连接的另一端124b。光源发出掩模18 ，明的波长的光，对于石英 掩模通常是可见光。在^P涉厚度测量的情形下，选择光源128的波长谱线以利于 模18的t織图形中产生局部相干。对 ^赚模结构中数難大约是45腿的周期 性特征(或者低于一M的周期性特征)，如果光源128在可见光光谱中发光，另卩么 这个要求得到了满足。光纤126具有与光接收器130连接的另一端126b。在简化的终 点检测盼瞎形下，光接收器130会简单地检测光弓破。在测量临界尺寸(例如线宽度) 的情形下，光接收器130会感i^M 122船汤内的嫩機的图形，由其来确定线宽度。 在测量蚀刻深度盼瞎形下，光接收器130会检测干涉花样或干涉条纹，由其来确定蚀 刻深度(g卩由干涉或衍射花样来推侧^Iil数干涉条魏计算)。在其它实施例中， 光接收器130可以包括用^6t行多波长干涉领懂的^^计，由其来推侧或计算嫩嗨 度。对于,的确定来说，工艺控制器60包括育,处 自于光接收器的光信号的 光信号处理器132。这种光信号处理器可以包括(取决f待定的实施例)下^一 由背景光强变化5l6t行嫩IJ工艺终点检测；由光接收器130感应的二维图形来测量临 界尺寸；ilil数干涉条ltti+^嫩幌度；由多波长干涉谱线来确定m蝶度，在这 种瞎形下光接收器130包括^&i十。可替换地，可以采用^t计，禾IJ用等离子体发出的和MiS明衬底18的光，iK来自于晶片背部的光皿光fflyS行t^U工艺终点、、、、工雄制器60对来自于光信号处理器132的工艺终点检测信息(或嫩蝶度测 量信息)做出鹏以控制等离子体反应器的各种元件，包括RF发生器24、 26、 48 和晶片iiii^g61。通常当超i」了嫩江艺终点时，工继制器60终止嫩U工艺并 使掩模18从台座16中移开。图9是示出了在铬嫩ij工艺(其中根据掩徵織图形蚀MH^t模表面上的铬薄 膜)过程中i^^S模的顶(涂覆各种抗蚀剂)侧感应到的作为时间函数的背景MM光强 的示图。在图9的图中示出的3艘的大波动條由^^蚀剂层顶表面上的粗f艘引起的噪声。虚线代 在该噪声内的阶梯函数信号，该阶梯函数与铬蚀刻工艺终点相 符合。图10是示出了在图8的反应器中Mii阴极44由晶片厚度进行的相同须懂的曲线，其中光接收器130感应碰的離级。大大地 >了由 ^蚀剂引起的噪声，使得限定终点的阶梯函数明确地用光ira^示。阶梯函数的ii^^示在t^j工艺一达到铬薄膜的底部时反射光强就降低的转变点，在这点处铬的反射表面面积急剧减 少。图11和12是光强度随时间变化(或群效地随空间变化)的示图，并且在图12 中，由光接收器130感应，其中光3雖中的周期峰对应干涉条纹，干涉条纹的间距确定了蚀刻深度^ra明石英掩，對寸底18中蚀刻的紧密地周期性间隔的特征的不同表 面之间的厚度M^。图u描述了M:^^[蚀剂从掩模的顶侧感应的强度，具有削弱干涉条鄉测的^^:蚀剂弓胞的大量噪声成分。图12描述了itt^模背侧由图8 的光接收器130感应的纟艘，其中基本没有 抗蚀剂诱发噪声。图13是描述在光接收器130由分光计构皿光源128产生不同波长光谱的情形 中光强度与波长的函数关系图。图13曲线的〗驢光谱行为是周期性位 明掩模18 中的亚m^特征的不同深度表面目光之间反射的干涉効左的典型情形。在较短波长 下，峰是完全周期的且平均分布的，主要的光学效果是干涉。在较长波长下，掩模18 中的周期特征之间的局部相干性不是很强，以至于随着波长的增加衍射效应不断增 强，导致较长波长下的纟驢行为不再均匀分布而是更加錢，如图13戶际。图13中 峰间距，特别是较短波长下，是嫩蝶度的函数，可以从峰与粒间的距离撤则嫩'J 深度。图14描述了图8的反应器的鄉例，其中光接收器130是环境光强检测器而将 光信号处理器132设皿寻找MP^f光强度中的大反射(阶梯函数)，对应图10的 终点检测曲线。该鄉例中;M 128可以是樹可适合的光源。可选^i也，可以去除光 源128，以使光传感器130仅响应离子穿逸透明掩模或衬底18的，子体的光。图15描述了图8的反应器的鄉例，其中光接收器130是 镜122有效聚焦 以^fTf涉条纹的干涉条鄉测器，将光信号处理器132设誠为了计算透明;^fl 模18中嫩蝶度而对干涉条纹计数(例如，由图12中描述的类型的5M与时间M 数据)。这种计算产生实质上即时的嫩蝶度，由逻辑器200将该 幌度与存储在 存储器202中的用户设定目极罙度相比较。逻,200會^JOT传统数字匹配或最小 化程序以检测存储和测量深度值之间的匹配。匹配使逻辑器200为工艺处理器60标记蚀刻终点。图16描述了图8的反应器的 例，其使用图13的干涉光谱技术以测量或确定透明石英掩模或衬底18中的蚀刻深度。在该情形中，光源128刻才在可见光范围内的多波M光谱(对于周期掩t莫特征尺寸，以几百纳M更少的数量级)。光接收器130是分光计。组合信号调节器和模拟—数字转换器220将微计130选择的光i對言 息(与图13的曲线相对应)转换为光信号处理器132倉,处理的数字信号。會, 行终点检测的一种模式是从图13所示的数据的较短波长范围内的周期峰之间的间距 计算蚀刻深度，如J^诚。对比逻離200會,将即时测量的蚀刻深度与存储在存储 器202中的用户设定目标深度相比较以确定是否已会战到嫩江艺终点。在另一种模 式中，比较逻辑器200是足够强的，會,将标佩计130的即时输出的数字表征波 长光谱(与图13的曲线对对应)与对应预期蚀刻深度的已知光谱相比较。该己知光 谱可以存储在存储器202中。由比较逻離200检测到的测量光谱与存储光谱之间的 匹配或近似匹配导致向工雄制器mt^j工艺终点fei己。图17描述了图8的反应器的 例，其中光接收器130是識多区分来自室中等 离子体鄉的光辐射的鄉线的光鄉分光计，以执行光鄉光谱测定法(OES)。 处理器132是OES处理器，被设置成會嫩i^宗对应表征被嫩喔中材料的物种的选 择光线的3踱(或检测消失)。基于预定的概(例如，在铬螩ij工艺期间OES光谱 中铬波機的消失)，处理器132向工艺控制器60 ^t^ij工艺终点检测^i己。图18描述了发明人已经构建的实施例，具有玍阴极44表面的各自间隔凹槽231 、 233内的Jt!M230、 232，聚焦 230、 232以^f汗涉条纹，由各自的面对離 触各自纖230、 232的光纤234、 236 4彌聚焦光。光纤234、 236与干涉检测器238 (可以是条i^^测器或^t计)相连，检测器238具有与工怨制器60相连的输出 端。透镜230、 232ilii光纤242、 244接收来自光源240的光。该光^Mt模18的 顶部表面蹄回纖230、 232并由光纤234、 236传送妾lj检测器238。另外，图18 的实施例在阴极表面具有第三凹槽249，容纳Mil光纤252连接到OES體计254 的输入端的第3t镜250。 OES处理器256处理OES ^t计254的输出以执行终点 检测，并将结剰专想l江雄制器60。在图19中描述了图18的鄉例的阴极44， 示出了容纳各自透镜230、 232、 250的三个凹槽231、 233、 249。图20示出了在设备 板46中相应的孔洞260、 261、 262，这些孔洞用于容纳支撑透镜230、 232、 250的光 学體(未示出)。图21是示出将光乡f^接至怡座16内部纖的剖视图。虽然己经按照〗顿诚计130 (图16、图17)和254 (图18)来描述图16、图 17和图18的反应器，但是也可以使用一个或多个调整到预定波长的光争波长搶波器 来替代^fe计130或254。可以将^h这种光争波长滄波器与光电倍增器相结合以强 化信号巾離。背部终点1^测Jt纟莫蚀刻工艺图22A和图22B描述了用于在掩m^材料中嫩诉示线的过程。在图22A中， 已经在^t+對寸底210上SM了皿抗蚀剂层212， 抗蚀剂层212具有间隔线 214的周期结构和在 ^[蚀剂层212中限定的开口 216。在图15或图16的，器 中，将由CHF3《F4+Ar构成的嫩拓英的工艺气体弓l入室10，由RF发生器24、 26 和48施加功率，在^l^C蚀剂层212中形成的开口216内嫩im^材料。通il/人石 英衬底210的嫩顺部表面反射的光218和从未嫩顺部表面g的光219之间的干 、,纟翻懂^中的蚀刻深度。当，顾期蚀刻深度时立即停止蚀刻过程(图22A)。 然后去除^WC蚀剂以产生预期的掩模(图22B)。图23A到图23E描述了嫩U三层掩模结构的过程，三皿f莫结构由下面的5"英 掩丰對寸底210、硅化钼层260 (含有钼氧避氮化物)、铬层262、氧化,^lt凃层 264和^)t蚀剂层266构成，在^ [蚀剂层266中形成开口268 (图23A)。在图 23B的步骤中，在竊子体反隨内4顿诸如C12+02"K:F4的铬嫩i」工艺气体蚀刻铬 层162和抗^lt凃层264，等离子体反隨具有简单的^l^冬点检测(图14的室)或 具有OES终点检测(图17的室)。去除 ^蚀剂层266 (图23C)。然后如图23D 戶际，{顿诸如SF6化12的作为硅化钼嫩挤啲工艺气体，并麟层262作为硬掩模 * 赔化钼层260。该步骤在诸如图14或图17的室的具有简单的背景反射或OES 终点检测的等离子体反应器中实现。在图23E中，{顿诸如CHF34€F4+Ar的铬嫩ij 工艺气体去除铬层262和氧化皿Hlt凃层264。可以4顿具有简单终点检测而没有 嫩嗨度测量的图14或图17的MiS器实现该步骤。这得妾惧 定木織图形的硅化 钼上re的^^對寸底。图24A到图24E描述了制备二元掩模的过程，二元掩模由砂卜,英周期间隔 侦腼的透明^^肚的周期铬线构成，将交替的外露碟间隔嫩碟脂,以预期角 度(例如，180度)使Mf光位相偏移的深度。图24A描述了由石英掩丰I^寸底300、 铬层302、氧化舰^lt凃层304和^ :蚀剂层306构成的原始结构。在图24B的步骤中，在诸如图14或图17的室的反隨中在Cl2+02+CF4的工艺气体中蚀刻铬层 和氧化铬层302、 304。在图24C的步骤中，去除爐抗蚀剂层306，然后如图24D 中所示，在CHF3+CF4+Ar的碟蚀刻工艺气体中嫩ij石英掩t辭寸底300的外露部分。 在诸如图15或图16的室的倉,感应^^测石英掩丰對寸底300中蚀刻深度的反应室中 实现图24D的石英嫩lj步骤。在嫩lj过程中，體监观卿时t赅幌度，当掩模300 上到达目标嫩條度时立刻停止蚀刻过程。图24E中描述了最终结果。穿》模表面的蚀刻速率分布的连续监测图25和图26描述了图1的晶片支撑台座16的，例，其具存在阴极44的顶部 表面的背部嫩幌度感应元件(iil竟和光纤)的矩阵，在嫩ij过程中^^劍共穿illt 模或衬底W^面的蚀刻速率分布的即时图像或样本，不会中断 1」过程或没有其它 干扰掩t辭寸底的过程。铝平台44a在其顶部表面具有开口320的矩阵，旨开口持有 面向掩丰對寸底300背部的纖322。光源324 ilii^接至恪自纖322的输出光纤326 劍共光。纖322掛贿效聚焦以^f肝涉条纹。将干涉检测器328连接到与各自透 镜322相连的输入光纤330，干涉检测器328可以是产生干^i十数的感应器或絲计。 开关或多路转接器332允许刑l醉ii^人^Ml入^^千330至j达检测器328。图25和图 26的，可以有三种运行模式。在第一t莫式中，从干涉条纹之间的间隔计算给定3Si 322IP汤中的嫩幌度。在第二模式中，检测器328是分光计从多波奸涉光谱(对 应图13)的较短波长峰间隔计算给^M322^t汤中的嫩嗨度。綠三模式中，在 给定时刻检测多波长干涉光谱，并将其与光谱库340相比较，光谱库340中光谱对应 的蚀刻深度是己知的。从嫩幌度和消耗时间计算嫩瞇率分布。该分布记录了工艺 的嫩怀均匀性，并将其^5U工艺控制器132。控制器132育辦Mil调整反应器的可调特ta响应以斷氐嫩腿率分布中的不均匀性。虽然以具有在平台44a顶部表面上的嫩幌度感应器^ 322的3X3矩阵的 形式模式了图25和图26的鄉例，可以以倒可行和列的形式4顿这种感应器矩阵， 即矩阵是mXn矩阵，其中m和n题合的徵。在一个魏例中，可以将工雄制器132 ^Mt导(由分光计鹏应器130提 供的蚀亥瞇率分布)t駭瞇率分布是中心高还是中心低。工艺控制器60育,ilil调 整反应器的某些可调特征来响应该信息以降低不均匀性。例如，工艺控制器60可以 改变内部和外部线圈20、 22之间的RF功率分配。可选^tik^l妙卜地，工Sg制器60可以改变图6和图7的反应器中可移动铝板112的高度。平台44a中的fe^l」深度感 应元件阵列舰阵给出的反馈使工艺控制器60可以M^续反复调整反应器可调元 件来g^M刻速率分布的不均匀性。实时^rsa工艺气体分布图27和图28描述了图1的，子体反应器的实施例，具有一拥時拉可控气, 入孔或喷嘴32。通过#^虫控制不同喷嘴32，可以改' 10中的气体分布以校正穿过 工件^f模18的嫩腿率的不均匀分布。在描述的 例中，气，入喷嘴32阵列 位于誕顶板14的侧壁12上。为了该目的，反应器包括顶环338，顶环338被夹持 在侧壁12的顶部和其底部表面构成顶板14的可抽驢342之间。顶环338底部表面 的外部台肩344 l細在侧壁12的顶部表面上。环顶部表面的内部台肩346承競342 的边缘。^M342底部表Mlfi置了外部台肩348，其*細在环338的内部台肩346内。 在环338的垂直内表面349中形成气WiA孔或喷嘴32。由单独的阔门350细l^制 流到^NiA鹏32的气体， 一个阀门350对应一个喷嘴32。由气体仪表盘36jif共 的工艺气#^101气体供应线路352，气体供应线路352与在环338上形成的输入端口 354相连。在环338上形成的气体供应出口 356-1、 356-2输出在输入端口 354接收的 工艺气体。 一系列的可卸气術荒动线路358在环338的周围之外形成串联连麟路， 从 ^#^供应出口或端口 356至,应的一组阀门350 flill气体。在雌 例中，針阀门350由气动控制，具Wiir入箭適部分350a和输出流 通部分350b，受控气体出口部分350c和气j5g制输入部分350d。出口部分350c为 相应的一个喷嘴32,^X艺气体流。工艺气体从输入^l部分350a自由地流向 输出流通部分350b。控制输入部分350d处的压縮空气压力决定是否将M^I部分 350a、 350b的倒可工艺气体^键到气体出口部分350c。这种气动控制阀门是已知的， 因皿里不需要公开它们的内部结构。将气^/充动线路358-1和358-2从气体供应出 口 356-1、 356^2连接到阀门350-1、 350-2的输入M部分350a。 ^P』余的^h^体 流动线路358从一个阀门350的输出箭適部分350a连接到下一个阀门350的输入流 通部分350b。因此，在图28的附图的左侧的系列阀门350中气術荒动方向题时针 的，而在图28的附图的右侧的系列阀门350中气#^荒动方向愚顷时针的。从*输出部分356流向与其相连的系列阀门350的气^^没有被串联中的倒可 中间阀门350所防碍。不需要开启或关闭倒可其它阀门350就可以"开启"^阀门350，以向相应的气，入 L32提供气体流，并可以"关闭"每个阀门350以取消流 向该注入孔的气術荒。阀门配置处理器360控制鄉的阀门350，并可以ilii阀门控 制线路362开启或关闭阀门350的任啊组合。如上戶腐，在雌实施例中，为了避免 在线圈織20、 22 Pf逝存在电导体，阀门350是气动阀门，控制线路362是气动(空 气)导管。在图28的实施例中，压縮机364为一S鹏(即电控制的)阀门365提 供加压空气，以控制施加给各自气动阀门350的气动控制输入端350a加压空气。阀 门配置处理器360iiii^离线圈天线20、 22的电线，制 阀门365。图29描述了图28的鄉例的更改，其中阀门350是#^虫电控制的而不是气动控 制的。在图29中，^^控制线路362是直接从控制器360延伸到各自的阀门350的 电线，去除了压縮机364和一排加压空气鹏阀门365。再次参照图27和图28，从穿过环338的径向圆,Mit 366形成^ L 32。在 通道366内具有中空圆ft^套筒368，套筒368的顶部368a形成气^^A孔。例如， 顶部368a的注入孔直径尺寸量级为0.030英寸。 ^筒368可以由陶瓷材料构m 可以是可移动的。ilil短气体供应线路370将^阀门350的，气体出口部分350c 连接到相应的径向鹏366的外部鄉。 ^体分布组件是模±刺七的，可以iM每 个外部气体供应线路358和短气体供应线路370之间的连接(或断开)来决速分解， 套筒368从开口 366是分别可移动的。在这种方式中，可以容易地将支撑在环338上 的气体分布组分和组件方燈在^^基座上，不需要去除體换反应器的更加昂贵的组 分，例如诸如环338。图30A到图30D ^f模18上的嫩蝶度分布曲线，是顿于不同阀门隨在图 27和图28的反应器中实现的蚀刻过程的固定时间周期内获得的。图30A的 盼布 是在^P阀门350开启时获得的，是一般的中心低 盼布，具有穿^t模表面为0.51 %的高不均匀性或偏差。图30B的嫩盼布是在一对临近阀门350a、 350b关闭、其 余阀门350开启时获得的，更加，iTO匀分布，仅具有为0.38%的不均匀性或偏差。 图30C是将阀门配魏回至U顿350开启的状态时获得的。图30C的分布更加中心 低。图30D的分布将一对不同的临近阀门350c、 350d关闭获得的。获得的分布更加 均匀和中心低分布禾號更轻，仅具有为0.40%的偏差。图31描述了#[戈鄉例，其中气^^AO0f 32位于环338中的锯齿形或"W" 图形中。齡喷嘴与前面的鄉例相同是3te控制的。M31仅激活喷嘴的顶排32a或 底排32b可以相对顶板移动^A图形。M仅激活戶腿ntif32 (例如，每三个喷嘴或每四个喷嘴)可以改变喷嘴之间的距离。图32是环338 1分的剖视图，描述了如 何配置喷嘴32以在不同方向喷射。例如，通过阀门配置控制器360仅开启那^^朝向 特定方向的喷嘴32来获得气体分布的大变化。例如，可以同时开启朝向图32视图中 右侧慨斜的全部喷嘴32c以排除^^它喷嘴。例如，ilii开启朝向左侧倾斜的織 喷嘴32d同时关闭其它包括朝向右侧倾斜的^喷嘴32c的^其它喷嘴可以获得大 的变化離正。用来自背部蚀刻深度测量传,的反馈控制可调反应器元件现在参照图33和图34，掛共了{顿图25和图26的背部嫩條度传^l二维阵 列的输出的掩模蚀刻等离子体反应器的可调元件的反馈控制。可调元件i件组可以 包括图27和图28的单独^e气^^A喷嘴32的阵列。可选择他，或客妙卜地，以这 种反馈扭維制的可调元件可以包括在内部和夕卜部线圈20、22之间的RF功率分臓 图6和图7的反应器中可移动铝板112的高度。来自图25和图26的嫩幌度感应元件130的阵列離阵的反馈使工aS制器60 可以M51^反复调整反应器可调元件来M嫩iJ3I率分布的均匀性。在图33中， 反馈电路从图25和图26的背部嫩條度传感器130的阵列400开始。工艺控制器60 被设置成i顿穿鹏模18的即时嫩蝶度测量图像来推断掩模18上的蚀亥瞇軒均 匀性的^g和幅度， 测1,附氐或消除这种不均匀性的反应^#定可调元件的可 能变化。由处理器60将这种信息传送到指令器(或多个指令器)中以传送到反应器 可调元件的倒可一个或多个或織。因此，图33示出了/AX艺控制器60到后面的反 应器中^S的倒可一个或^^I调元件的输出信号路径内部和外部天线RF功率发 生器24、 26 (用于内部和外部RF功率分配)；用于可移动铝板112的传动體118; 可控喷嘴32阵列的喷嘴阵列控制器360。^^掩模嫩U过程中可以^i行反馈电路，以便M斷氏由处理器60从穿 模18的嫩瞇率分布"图像"中察觉的不均匀性，舰穿M^模18的嫩瞇率 分布的均匀性。可M31用于执行反复舰的处理器60中的软件管理反馈。可选择 地，处理器60中的软件可以齡商处可用的神经训练湘反馈学习技术，以使控制 器60倉,更加聪明i舰感觉到的嫩瞇率分布中的不均匀性做出反应。这种软{银 术不构赫发明的飾部分。在一个^M例中，可以产生乡好可调元件(或多个元件)的反馈指令以斷氐嫩IJ深度传繊阵列之间的变化。在另一实施例中，可以选择反馈以专注Tt寺定不均匀性。 例如，由传感器130阵列感应的m腿率分布可能在掩模18的某个四分体或角落中 非常高，在这种情形中 际阀门配置处理器以有限(试验)数量降低该四分体处的气 術荒。如果根据从背部传〖繊130获得的蚀刻速率分布后续图像，这种对策謝賄限 成功，然后可以增加气体流动分布中的这种调整。可能f煞^S种调整和校正循环，直 到不需要对 1腿率分布进《，一步的 。在第一个不均匀性已经被^lE^可以在类t^础上处理其它的不均匀性。例如， 在不同区域中的嫩'旌率可能非常高，在这种情形中，在该不均匀性的某种降低的这种结果 自背部传 130阵列的蚀刻速率分布"图像"的多个示例:tJ:的同时降低流向那个区域的气^^:。在嫩瞇率分布不均匀性^^尔(例如，中心高或中心低分布)盼瞎形中，可以 fflii处理器60 j顿诸如铝板112的高度或内部和夕卜部线圈20、 22之间的RF功率分 配的娜可调元件以4顿反馈控制鹏来斷氏不均匀性。例如，由处理器60 fflil^ 鹏板112或增加给内部线圈20的RF功率分配(相对外部线圈22)来增力口掩模18 的中心嫩瞇率，可以补偿中心低嫩瞇率分布为较轻的不均匀。在反馈鹏中，最 初这种变化可以是较小的，当来自背部传感器130阵列的嫩腿率分布图像在均匀性 方面得到舰时，可以进一步增加铝板的隨或分1^合内部线圈20的功率。该循环 可以辦卖，直到没有观察到进一步的改进。可以将前述的^技术^^在由工艺控制 器60执行的软件中。图35描述了图33和图34 例中由工，制器60执行的反馈循环的一个可能 示例。首先，处理器60从背部传感器130阵列(图35的方框380)获得穿^t模表 面的嫩l腿率的最新二维图像。从这个图像，处理器60鄉U嫩I腿率分布不均匀性 图形(方框382)并从g辦斷氐不均匀性的选项列表中选择反应器一个可调元件的调 整(滩384)。 SiS行该调整(滩386)后，处理器60获得;li^l腿率分布图 像(方框388)并将其与调M获得的先前图像比较。如果#& (不均匀性的减 轻)，处理器60重复同一循环，可能导致同一后乡糊整的进一步增加。如果没有舰 (没有滩390的分枝)，因此将戶腿调^/A^项列表中删除(，392)，回至仿框 384步^i^F同的调整。图36描述了用于处SOl件1102的等离子体反应器，工件1102可以是半导体晶 片，支撑虹件台座1103上,由升降伺服器1105提升或斷氐。反应器由l腔侧壁1106和顶板1108所包围的室1104构成。顶板1108可以包含在其内表面具有小的气^fe 入孔1110的气体分布喷头1109,喷头1109从工艺气鹏1112接虹艺气体。另外， 可以Mii气^iAR鹏1113引AI艺气体。/liS器包括感鄉合RF等离TW功率 働n器1114和电容耦合RF等离子ffi功率鹏卩器1116。感繊合RF等离子体源功 率施加器1114可以是在顶板1108 ;tJ:的感^^或线圈。为了倉娜感应齢至惶 1104中，气体分布喷头1109可以由诸如陶瓷的^t才料构成。VIff电容船RF等 离子 功率施加器1116是电极，可以位亍顶板1108内或位于工件台座1103内。 在割戈^S例中，电容^H功率働n器1116可以由顶板1108内的电极和工件台座 1103内的电极构成，以使RF源功率可以与顶板1108和工件台座1103两者电容耦合。 (如果电极在顶板1108内，其可以具有多个槽缝以舰顶部线圈纖电容耦合到室 1104中。)RF功率发生器1118肖辦M:任意I 跟匹1^;件1120为感应^^源功率施 加器1114鹏高频(HF)功率(例如，在大约10MHz到27MHz范围内)。另一RT 功率发生器1122 M31任意P跟匹1^件(Z) 1124为电容^^源功率鋤Q器1116提 供甚高频(VHF)功率(例如，在大约27MIz到200MHz范围内)。当VHF频率提 高时电容^^源功率施加器1116产生等离子体离子的效率提高，为了有效发生电容 齢频率范围it^位于VHF区域。如在图36中象征tiJW^的那样，将来自RF功 率施加器1114、 1116的功^f^到室1104中在工件台座1103 ±^成的体等离了-体 1126。将来自RF偏置功鄉的RF等离-T^偏置功率齢到工件1102， RF偏置功率 源与(例如)位于工件台座中且在晶片1102 TM的电极1130相连。RF偏置功 可以包括怖频(LF) RF功率^^器1132和可以是中频(MF)或高频(HF) RF功 率发生器的另一RF功率发生器1134。 PJ^L匹酉fi^件1136 i^&RF功率发生器1132、 1134和工件台座电极1130之间。真魏1160舰阀门1162膽1104中排出工艺气 体，阀门U62可以用于调节拥汽速率。舰阀门1162的判汽速執Mil气体分布喷 头1109的引入气M^速率决定了^E力和工艺气,室内的驻留时间。由感jS^功率働卩器1114或VHF电容船功率施加器1116勵Q的功輔加 时，等离子体离子密度提高。然而，它们的作用不同，感/S^功率使体等离，中 的离子和自由基動搞解，导致中'lM氐的径向离子密度分布。相反，VHF电容齢 功率导11 氐离解和中心高的径向离子密度分布，而且当其VIIF频率提高Hffi^更 高的离子密度。取决于工艺需要，可以组合^5teOT感应和电容^功率働B器。通常，当组
合4顿时，感JS^RF功率勵n器1114和电容齡VHF功率働H器1116同时为等 离:？#11^功率，同时LF和HF偏置功率发生器同时为晶片雜电极1130 Jl^i置 功率。如^TM讨论的3附，i^l的同时运行使倉g^fci调节^J卩M的^子 体^hS織，诸如誠辨离子密度、竊: ^离子径向分布(均匀性)、竊辨的离解^W1^M、鞘层离子^ft和离子MS分布( )。为了该目的，源功率控制器1140 Mjfe^ilk调节源功率^^器1118、 1122 (例如，控制它们的功率比)以 控制#^^^#离子密度、^^ #离子密度径向分布和#^^#中自由，离子的 离解，如^l^:说明书的后面部分中描述的那样。控葡擺1140倉g^^5^审齡RF 发生器1118、 1122 ,出功報。另外，或可选舰，控帝幡1140倉辦脉冲调节 RF^^器1U8、 1122中的"^h或两个的RF输出并^m制針的占空比， VHF ^^器1122的频率、视^^^HF^^器1118的频率。另外，偏置功率控制 器1142 ^i^审J^Mi置功率^^器1132、 1134繊出功率级以控审谪子會a^和 离子會^*分布^，如METM描述的另附。iifi^制器1140、 1142以实31^发明 的不同，。,图37中皿的本发明的第一^， tfoH^ife^审J^^ ^离子密度、等 离W离子密麟匀性、,离子倉a^子會遣分布(驗)。图37的^^引 AX艺气体，ffci^Ki顶板气体分Wf头1109 (图37的滩1202)。 i^^^F VHF源功率电容^|^到#^辨(滩1204)同时将RF源功^^ |^到將 离^(^li 1206)。用户参照特^X艺步il^^t^^ ^离子密度。M^ VHF 电容^1功，感^^1功率的总值^#在11^^进行的工艺步,需要的等离:？#离子密度的水平±*^1^"4^ (滩i2os)。同时，在^ra^^ ^离子密度的同时，确定晶片表面的，T^离子密度的径向分布(例如，^^尽可能 的i^f)。 M:调整VHF电^I^I^WP^i^l^l功率的ifi^间的比ti^^1这"^g (滩i210)。这na^由感^^i功率引起的中"氐分布和由^^1^H^率弓胞的中心高分粒间:M^向离T^布。如Jl^:说明书后面中継的那 样,可以M5^fPRF功^NW^同时ra^由HF和VHF ^^器1118、 1122 総的功率之间的比缺^31^Hffi， M^tSL离子密度。可^UM:TM步骤中的^n (^^^) ^J^骤1210的调整调整的第一 鄉由调^S鄉^^功糊1118、 1122的RF ^^器功率级构成(图37的方 框1210a)。另一鄉由脉WtU感鄉^l^功^M 1118、 1122中的M^h或 两个并调整一个相对另一个的占空比构成(图37框1210b)。第三类型由调整电 容 功率VHF发生器1122 有效成(图37的滩1210c)，其中当提高VHF 频率H^T^离子密度增加。在一个例中可WMJI^两个VHF ^^器 1122a、 1122b实现电容齢竊TM功率鹏效VHF频率的调整，VHF胜器 1122a、 1122b具有固定但不同的YHF频率(BP，由发生器1122a输出上VHF鹏fl而由^^器U22b输出下vhf频率f2)，将两者的^渝出施加到电容功率;6&!ra器上。MSS^S个^^器1122a、 1122b,出功率级a!、 &2之间的比{^1^由上、下频 率fi、f2确定的范围内efe^f^VHF,^f。可以)l^^^率^F—l^a妙两个VHF ;g^器1122a、 1122b各自的 fl和f2及它4f珞自的可调输出功率级A和a2柳口下 函数tff= (a《+f询)/ (ar^)。虽然前面的^M涉及两个VHF ^^器，{1^果需飘以鹏更多的縫。VHF电繊兽^^生竊: #^^ ^^^: #中产生高处腿，与感 ^^j^邗(ICP)鰂似。相反，LF和HFiig^^T^^度没有彌。 因此，VHF源域多个VHF源)与ICP源的组合會g^产生^^T^而没W^竊子 体内产駄RF腿的副作用。其结縣，由LF或HF源产生的m倒晶片台肚的 RF ^1以与竊:？#^^^@^1^。可以将，源^:于10>^^ ， JJ^与ICP结合产生，T^^度的兽幼(然而^ ICP源^ffl^到晶片台J^h 的HF或LF电容f^功鄉以仅在晶片J^生RF腿)。^^ae^S将^:可调的LF偏置功柳HF偏置功^1 瞎江件上(方 框1212)。控带勝1142舰同糊^^个RFiig功率^^器1132、 1134来调虹 件表面上的离子會激和离子會遣分布(^yfeit)(滩1214)。由预旅的做 一^^^ft^^骤 一种^i调整HF和LF偏置功鄉1132、 1134功^i间的 比值(图37的滩1214a)。另一#^式(不太实用)是调^K^择LF和HF偏置功 顿的鹏(图37 ^PHl214b)。碟一^Jfi例中，将LF和HF^^働碟藤电卡 盘(ESC)电极1130上，同鹏ICP勵幡114位 |头1110 iJ:鹏VHF源功 率鋤碟忾体分Wt头lllO上Cffi^Mf^中喷头1110是CCPM職1116)。 ^ 二^JI例中，在ICP功率鋤幡114位Ttt头1110;tJl时，将VHF源 (^HF和 LF偏Si率"^fe(in到ESC电极1130上。如果将i^^用^wo多层^6^的不同材料层的wyae，可以确，于W"海层fl l^^ ms^完全不同的^。例如，可以 3高^8^解的离:？和自由 基物种蚀刻—层，同时在密度比其它层高的等离子体中蚀刻另一层。另外，如果在步骤间改变室压，可以补偿这种改变对径向离子密度分布上的影响以维持均匀分布。全部这一过程是通过在多层结构露出的连续层上重复前述调整步骤来实现的(方框1216)。在方框1210步骤中获得的等离子体径向分布较好的均匀性使得不需要在晶片上提供大的室容积. 因此，可以降低晶片与等离子源之间的距离而不危及均匀性。可以构建反应器时实现该过程，或(优选地)能够相对顶板1108提升或降低晶片台座1103的位置以改变顶板到晶片的距离。通过由此降低室容积，减少了工艺气体滞留时间，可以独立控制离解玫等离子体物种含量.同样，减少顶板到晶片的距离使气体分布喷头1109的气体分布效果在被扩散遮掩之前到达晶片表面成为明显的优势。由此，方法的其它步骤由限制顶板到晶片的距离以(a)限制滞留时间或(b) 防止喷头气体分布图形在晶片表面被扩散效果所遮掩(图37的方框1218)。 一个优热是选择可以使用感应耦合而不需要大的顶板到晶片的距离以补偿感应耦合源的中心低的离子分布特征。实际上，顶板到晶片的距离以非常的小以使顶部气体分布喷头能够影响或改进晶片表面的工艺均匀性。在图37的方框1220的步骤中，可以通过调整等离子的离解度，独立于前述的调整(例如独立于方框1210的步骤的径向离子密度分布的调整)对等离子的物种含量进行调整或控制。可以通过调整真空泵1160对室1104抽真空的速率来进行这个步骤(图37的方框1220a)，例如通过控制阀1162来改变工艺气体在室中的滞留时间。(离解度随着滞留时间和室体积的增加而增加)。可替换地(或另外地)，可以通过调整顶板到晶片的距离以改变工艺气体在室中的滞留时间来进行离解度的调整(图37的方框1220b)。这可以通过提高或降低图36的工件支架1103来实现。前样用于调整等离子体离解度的测量不会显著影响为了调整离子分布均匀性而在方框1210的步骤中建立的电感的电容耦合的比值。从而使步骤1220的离解或物种含量的调整基本上独立于步骤1210 的等离子体离子密度分布的调整。在可替换的实施例中，电容耦合功率施加器1116 包括顶板1108和工件支架1103中的电极，通过顶板1108和工件支架1103中的电极同时施加VHF功率。这个特征的优点在于顶板上的VHF电压(或电流)的相位可以与工件支架上的相位不同，并且改变这个相位差改变了室1104中的等离子体离子密度的径向分布。因此， 用于调整等离子体离子密度的径向分布的额外步骤是调整工件支架1103上的VHF电 压(或电流)和顶板1108上的VHF电压(或电流)之间的相^M。这在图37的方 框1230中说明了。这 能需要^需要^￡^框1210的步骤中选择的电容 和感iS^的比值。图38A、 38B和38C示出了中'(M域"M"M^i^l^^离^f^离子密度分布(图 38A)和中心高的电^l^^ ^离子密度分布(图38B)的组合如^C使与图38A 和38B的分布的叠加相对应的更理想或更^H匀的等离子体离子密度分布(图 38C)。图38C的SL想分布J1M:仔细调整图36的两，1118、 1122的电^fl电^！ 合的ia^实现的。电^^功率的高比率导致中心更高的分布，而感，合的高比 率^C中心更低的分布。在不同的gjS力下不同的比^F产^BL想的分布。分配电感 和电^l^的一#^^>15^个^^器1118、 1122的RF功率的縫。图39示出 了发生器1U8、 1122的输出功率^^间的比働何影响径向离:？^布。图39的曲线 中的劇氐点或下沉点与离^^布的不均匀ft^偏M^小的亂柳率比ffl对应。在电 ^P电^^功率之间^ ^fB的另一幹;^i^冲调^15W个^^器1118、 1122中 的Md^h，然后控带腺冲占空比。例如，可以脉冲飾它们之中的~^(* 1118) 而另1 (电鄉1122)可lJi^，然i^ia调整电容i^ 1122的占空比^W 1。可i^fe，可IU^两^NP进行脉冲调节，M^带俩，的占空比的比^l6a 行分配。结果在图40中示出，在图40中感i^l^比电^l^占空比的高比值顿多 的感^l^功率到iimm产生了中心更低的分布，电容船功率比感JS^功 率的高比值使得^^中WM多的电容^^功率，提供了中心高的分布。可UiUS^前^f离子密度分布的调fflTO^，^f^^度。图41示出了^& Mii调整RF ^^繊出功率^M^匀糊整的图39的^fi例中翻何实现的。图 41示出了对于感^^功率(纵轴)和电^l^功率的不同组合盼H^离子 密麟。只要棘自于胜器1118、 1122的感卿电^^功率的数鹏鹏制为 储隨密麟鹏定"^h，就可以将螨一电糊率的比值微为做需要的数值(为了控带鹏性)m^^^辨离子密度。Mim^H^可以蹄出做给^SiS器的十I^密自。图42示出了iffliiiii^gRF ^^器脉冲战tbM^匀性 调整的图40的实施例中^何^1的。图42示出了对于感JS^占空比(纵轴)和 电^^占空比(,)的不同组合盼H^离子密自。只^l^自于发生器1118、 1122的感繊电#^占空比的数鹏顺制为 5 11^密麟的特定"^,就可以将电感-电容功率的比值微为^r需要的数值(为了控帝鹏性)W^^S子28体离子密度。M;，的^^可以,出^r给^s器的tre密度线。图43际出了在图37fi^ll210c的步骤中，选择VHF电^I^功繊1122 的频率对离子密度的影响。图43示出了离子密度(并且因ltt^^l合)随^^率的 增加(例如从27MHz到60MHz,然后到200MHz)，以更高的速率| 1 卩^^功率 而增加。从而，影响竊邻离子密度和电躬感/S^功率之间的糊的一f+^i Ji^^^^电容i^1 RF ^^器1122的VHF频率。图44示出了^W^要的^^，离子密度，同B^!J用上面讨论的感应与电^ 合的比M实现^^ ^的希望的离解te^^+含量的图37 fl^的变形。图44的 方魏^iAX艺气体，W^lii顶部气体分布喷头1109 (图44 1302)。该:^^后将RF源功率电容^^到^^^M:(滩1304)，同Ht将RF源功^^应 齢到#^邻上(滩1306)。鹏#^#定的工艺步翻定一定的铺辨离子密度。^i^:将电^^功柳感jS^功率的总和麟在會^W于魏行的工艺步漸需要的竊^#离子密度的水平_ 实现(滩1308)。同时，在鹏 需要的誠T^离子密度的同时，确定^^，中的离解度(例if^l足特定的工艺 要求)。^Ki调整VHF电^^功WP感J^I^功率的^间的比^^实现(， 1310)。 i^将离解(#^^中的^]电子能)固定在感i^^^^ ^^W的 很^g^和VHF ^^^ ^^W的ffi^t间。^g上面参照图41和(或) 图42所鹏6Wfc可以ili^W总RF功率微雖同时只艘HF和VHF姓 器1118、 1122发出的功率之间的比值，来实ll^f^SEM^^J离子密度。步骤1310 的调顿以舰TM步骤中的W一 (離合)舰行第一^^的调飽翻 整感鄉电^l^功輔1118、 1122的RF发生器功報(图44fiW^1310a)。另一f^的调^^括脉 W^感卿电^I^RF功率^^器1118、 1122中的Sd^ 个或两个，然翩麟中"^h相对于另"^h的占空比(图44awtii3iob)。第动 ^^^^整^^功率VHF^^器1122的W^^ (图44fitl^il310c)，其中，^ ^离子密度随vhf频率ra加而增加。可i^iamw各自^的一对固定,VHF^^器1122a、 1122b和^^它们fim出功^^间的比^J^^ VHF频率。i^^^括)^3:可调的LF偏置功柳HF偏置功率^l^iJ工件上(方 框1312)。控帝幡1142 M!两个RF偏置功率^4器1132、 1134的同0tii^^调整 工件表面上的离子會激和离子會遣分布(^^it)(滩1314)。这传颗以通过TM的做"H^S行一將縣调整HF和LF偏置功顿1132、 1134的功率 駄间的比值(图44 1314a)。另一种^Si调^^择LF和HF偏置功繊的频率(图44的滩1314b)。TO^ffl于执fiWf^鹏'J工艺、誠^Mf强化学^S繊(PECVD)工艺、i^^,^o:艺和mi:艺中。如果i^OT在鹏眵层娜的不同材料的^^层的鹏江艺中，那么可isyiF用^^ij^^层e^^ ^^a^制为^^不同的 皿。例如可以用高^^解的离子和自由^t^ij一层，而另^M可以用比^^ M^度高的^^f^^^ij。而且，如^E^在不同的步骤中变化，那么为了, 均匀的分布，这种变tt^向离子密度分布的影响应得到卑Mi。所有ii^ia—露出多层鍋的纖层EM前述的调魅棘魏。MM合感J^I^(I柳VHF电^I^(J率所總的竊，离子径向分布的^^l性使得不需^^大的顶賠幅片的鹏。因此，可以^/J、顶赔IJ晶片的距Wf斷鹏匀性。这可以^^t^S器时，蹄(雌)在晶片娥1103倉辦相对于顶板1108 !^^斷氐以e^i蹈ij晶片的距离时进行。m^^j、室的糊，工艺气,留时间斷氐了， ^了对离A^P^^ ^W^1:的^^^。而且，斷^i船ij晶片的距离使^n体分械头1109的气体分^^由于rt^晶片表面^Hft^前iii幅片表面，il^M著的优点。从而，itt&的另一 括限帝!H1板到晶片的距离以(a)限制滞留时间或(b)防止由于riiM3t头气体分 布图職晶片表面上 ^住(图44fiWt11318)。在图44 6^ 1320的步骤中，可wm;调^中的工艺气^w留时间，^:于前述的^^调^^制誠预的柳汰这怖輒以舰调麟顿1160 體1104抽真空的速率5ieafi1 (图44 6Wtl 1320a)，例如M^制阀1162来被 气^^中滞留时间。(离解度随,留时间鹏加而增加)。可^feftk (鄉夕卜地)，可以通过调^i板到晶片的距离以e^艺气^^中6W留时间^t行离解度的鹏(图44的旙1320b)。这可WMil鹹斷氐图36的工件魏1102来魏。 前棚預！E^辨离解度,量殆显驟响^i 1310的步骤中粒的螨 和电容#的比值。从而^^骤1320的离解^#^的调^*上^于^^骤 1210的离解 (離除了步骤1210的离解调^卜还^f^骤1320的离解^Wt" 賴的调整)。^m的^fi例中，电^^^!l率鋤職1116 ^§顶板1108和工件^1103中的电极，通过顶板1108和工件支架1103中的电极同时施加VHF功率。这个特征的优点在于顶板上的VHF (或电流)的相位可以与工件支架上的相位不 同，并且改变这个相位差改变了室1104中的等离子体密度的径向分布。因此， 可以通过调整工件支架1103上的VHF电压(或电流)和顶板1108上的VHF电压(或 电流)之间的相位差以独立于离解(即不改变在方框1310的步骤中选择的电容与感应耦合的比值)来调整等离子体密度的径向分布。这在图44 的方框1330中说明。图45 是示出了方框1308的步骤中感应和电容耦合的比值如何控制体等离子体的离解的曲线。体等离子体内的电子能量的增加促进了离解，图45示出了四个不同 操靴态的电子兽讀分布函数。用1410标的曲标出了只给晶片鋤B HF偏置功率M^鋤P^功率的情形下 的电子倉fel:分布函数。ffiS种情形下，电^f^fP限带底低能會隨内，远低Til常的离 解鹏(用曲线1420 的曲线:i^m的量值的會遣。因此，^^很少的离解(如棘的话)。用1430表示的曲线示出了给电容il^l^率働幡1116働口 VHF功率而不给^ffiM^機幡鋤[]功率的1f^下的电子Ml:分布函数。^^Mf形下，电子中有一 小部她好与磁童曲线i420相"^c，因jtia^l:的离解。用1440标的曲嫁出了给感^l^l功率m卩器1114鋤U HF功率M^给其 咖幡勵鹏率附青形下的电子會遣分布函数。ffi^种情形下，电子中有^fU分险 好与与鹏曲线1420相一致，因雌fl^辨中姓很i^S的离解。用1450标的曲线示出了在电容和感J^I^働[]器1116、 1114之间分配RF功 率的1f^下的电子會遣分布函数。ffi^Mi^下，所^的电子^M分布函^t两个 函数1430、 1440盼混合，^[于:=#之间，使#^##^预中^^!>*的离子 离解。^^混^lt形的曲线1450在M曲线1420 =1^显著*(|的^^ ^±^有使得离解6tl^S^小。MM^电容和感J^^功率的ftt间的比m以将^IM的曲线1450!^1^M小倉激皿。这在图46中示出了，在图46中^^条^曲线^lt定功M的^^i^l^功率的电^fl:分布函mm 应。^^线曲^Ef申的戯曲^^当鼓的功率M^j^^^^而鋤倒^^^ _W，另,曲线的^。本Jlh,这^#电子向低倉 ,由] ^>离解。图47示出了不同的离解程度与等离子体的化学含量的关系。纵轴表示光发射光谱强度，横轴表示波长。不同的峰与一定的基或离子的存在对应，峰的大小与特定种类的等离子体粒子的数或发生率相对应。。实线曲线与低离解度(电容耦合占优势)相对应，其中更大的分子种类以更大的数量存在。虚线曲线与高离解度(感应耦合占优势)相对应，其中更小的(更有活性的)物种以更大的数量存在(取决于母体分子)。 在图47中示出的例子中，在电容耦合占优势的方式中具有高发生率的分子量大的物种是CF2,而在感应耦合占优势的方式中具有高发生率的分子量低的物种是自由碳C。在一些情形下，C(自由碳)的存在表示很轻喝高活性的物种诸如自由氟的存在，这在需要高蚀刻速度时是优选的。诸如CF2的更大物种的存在表示离解少和没有更活性的物种，这例如在需要高蚀刻选择性的等离子体时刻工艺中是优选的。图48 是示出了执行图44的方框1310a的步骤的一种方法的图。图48的纵轴与等离子体中的离解度相对应，可以表示高离解度的物种诸如图47中的自由碳的光发射光谱强度。横轴示感应耦合等离子体(ICP)功率与电容耦合等离子体(CCP)功率的比值(图36的ICP和CCP发生器1118，1112的功率级)。图48表示离解通常示这个比值的递增函数，然后它不可能不是图48中示出的简单线性函数。图49 示出了执行图44的方框1310b的步骤的一种^的图。图49的纵轴与 子体中的离解度相对应，可以从高离解的如图47中的自由碳的光 光谱强度。横轴是感JS^等离子体(ICP)脉冲占空比与电容^等离子体 (CCP)脉冲占空比的比值(图36的ICP和CCP发生器1118、 1122的脉冲占空比)。 图49表示离解通常JiS个比值的递增函数,然而它可能不是图49中示出鹏单, 函数。可以不对ccp发生器1122进行脉JW1 ， ^^种情形下它的占空比是100%， 而只^ ICP占空比以船P^制。图50A和50B示出了脉冲ICP发生器渝出和脉冲 CCP ^^織出的"^h可能的例子。^^个图示的例子中，CCP^^器1122縣比 ICP ^^器1118高的占空比，使^^ ^可t^出更多的^^^^的特 征，娜低离解度。电容和感/^^功鄉的占空H^间的比值以TMfi i^i^响等 离辨中感鄉电^^功率的比例。首先，感^^功鄉的占空bfc^， RF感颇率的鹏群;tf司的空綱鹏长。腔载时间内，^^W中最高驢的电子比其它低會遣的电子更Wfe娃它们的會遣，使得电子會遣分布函数(图45)的會遣 向下(即向图45的左左) 。 SS^h空载时间内产4M多的类电^^K^ 离W (即，桫离解)。謝^ffll着占空比的增加而增加，使得等离子体具有(在 许多循环上取平均)0的高會遣电子，结^^>的离解。^ 载时间内，更高會遣电子的分布衰减，并且除此之外)更髙驢电子的空间分布具有通过扩散展开
的良机，从而皿感i^^功率占空比的附S^工艺均匀'l^高到一定,。图51 ^出了执行图44的，1310c的步骤的一f^的图。图51的纵轴与^^子体中的离解度相对应，可W^高iS^解的WH^n图47中的自由碳的光MJ"^^。横轴是图36的电^^e^ (CCP) ^^器1122的频率。图51与如ffltr面的^M例中的同,nccp和icp功率的情^a对应，并且增加ccp功率^^器1122的频率。对于固定的ICP功^和固定的CCP功率级，增加W^ VHF 频輔加了#^^#的离解，这在图51中示出了。这种离)i^T为可會^F是图51中示 出的简^H4函数。图52A、 52B和52C示出了如何执行图37的方框1214的步骤(其与图44的方 框1314的步翻对i^ta同)。图52A、 52B、 52C的^^条曲^^是离子會遣的 函数的^1^^^1 C0牛^M上)的离T^， ^ffi层离子倉^ft分布。图52A示出了^R働B给晶片的偏置功率慰^频(例如lMHz)偏置^ffi^电流 的情形下的离子^M分布。(在图36中，这与只有LF偏置功率^^器1132鋤Q驢 功率的情,对应。)这^l^率显割氐于鞘层离子^^^，鞘层离子I^^^是鞘 层离子離|±^^6 1^荡的最高 。因此，在图52A的例子中的鞘层离子會鹏 上偏置功率所 11的^^的由^:到极小6 。 S^生了与RF偏置功率的由 ^J贩小的^JS相一致的峰离子會遣(图52A中的eVp"p)。如在图52A的曲线中 际出的，离子^1分布J^X樣态，招氐得多的t^h具有第二揭。这两^Ntt间 的离H布舰低。图52B示出了在^Hg功率只包括高频(HF)成分(例如13.56MHz)的'lf^下的 离子會gM分布。(在图36中,这与只有HF偏置功率:g^器1134鋤喻置功率^1t形 相对应。)这^h^率远高于,离子I^M^，因JH^层离子不會^由^J贩小 的^^自。结m^，图52B的离子會遣分布限铜底以^M的由,贩小的电 压的一半为中心的窄麟中。可以将图52A和52B的离子t^i^布mfoW点相互 补充，一种分布(图52B)在中间频带中多，而另一种(图52A)在两个^h出现 峰，贿中间^Wf点鄉了的宽分布。图52C示出了舰同,B LF和HF偏置功率(iKl使图36的两伟置功率发 生器1132、 1134工作)魏的离子會遣分布的例子。妒生的离子倉遣分布实际上 是图52A和52B的两个TO^布的叠加。图52C的"组合"离子食gfi分布因此可通 过调整LF和HF ^g功率的m^fiiTO。这可以Ml分配LF和HF ^g功率发生器1132、 1134的功率级(如图37的步骤1214a)和啦们中的^h或两^a行脉 ,节并且分配它们的占空顿实现(如图37的步骤1214b)。可i^fe， ^#作为 附加步骤，可以被HF或LF偏置功率的频率。例如，可以将LF偏置功率的频輔 加到^a,离子i^M^的数值，这^>图52C的* 糧(eVp"P) PNiS的 离子M1:分布数(由雌晒52C的点^f^鹏子^ft分布变窄)。作为另"^h^子， 可以将HF偏置功率的频率斷氐到ia^ffl^层离子J^i频率的数值，这将斷氐图52C 的中间會,的分布峰(由此如图52C的^ij^f^使中间频率的离子倉gM分布变 宽)。图53示出了^Mfitl^^晶^ (FET)的，fl&极的多层^EJ^^。 包括位于特術寸底1604上的高介电^tlft化^M 1602、氧化物层1602上的多晶 硅导鴨1606、导頓1606上6^ttikM 1608、硅化物层1608上的TO^M 1610、 ^层1610上的lftMliKAR)涂层1612和AR涂层1612上的3tlWK嫩!J层1614。 在iS^这种结果的^^T^^y工艺中，t^在不同的^Dl艺中^ll^^层1602 —1614的不同材料。 一雖(例如^^tWO层1614和多fa^导鴨1606) fi^在 感jS^比电^^多的誠W中嫩！1， M^它层(例如^I^M 1610) ^Ef在电 ^^比感^l^多的^^^^中蚀刻。使用图37或图44fl^，用对T^^M来 ^WSL想的竊mE艺l^m M2S^I艺緣^!功^^ (即艘感 卿电容^H功率之间的比值)， 1艺(例如 0) ^h不同的层。从而，在 t^Ol艺中，当暴露^1^^层1602—1614时，重S^fi^照图36和44^的 调ffi^^I艺^以M^^^层的工艺。这分别是图37和44 6Wtl 1216和1316 的步骤的目的。^fTS种艘时，可以61^^工艺織。例如，可以将用5^iJ 多晶鶴1606的感jS^占微^i^ ^l^mte^E^^Kj (例如膽 托)下，而将电^^占微的^^T^M^fe^f^高^ffij (例如几十敏)下。 可以在位于电容^^f^的更高的^E力范围和感J^^^W的fftffi力范 围中间的^E力下^mi^几乎相同量的感，^^M^功率fi^，。而且，可 以用图36或44 fitl^框1214或1314的步i!TO^,采用不同的偏置功^fn离子 食遣分布^^i展1602—1614中的不同层。优点同时将YHF ^^功WPK^功率勵瞎麟邻上使鹏者倉辦敝控制竊子体离子密度以及竊T^匀'喊离解(或等离W的柳錢)。常规的MjS^ffii^用高的顶板到晶片的距离、从顶,卩功率，使Wt^S在晶片上 产生均匀的^^T^离1^^，来丰l^a^^^f^中'iM氐的离子密度分布。然 而，m^:的顶^iiJ晶片的麟会^^顶部气体分布喷头在晶片表面上的!ra^， 使^^ii^^鹏器中不會該现顶部气体分械头的亂另"^问题是大的顶板 到晶片的SE^^^M^fc^，使得工艺气,留时间相m^:(除4M^常高容量的 真^^,真空)，使得难以^^离M中的离解控制^fft7K平以下。这^S本发:月中lfP^到了,。 ii^:引la想fa:的电^^功;^子在离子发;;域中 均匀分布，解决了^*不育，顶部气#^头*^善晶片表面上的工艺均匀性的问 题。这使得顶艇iJ晶片的距舰以戏斷氐至顺部气fl3t絲晶片表面J^制工艺均 匀性6^S。 M:掛J、的顶艇幅片的麟实现的更小的室糊的敝的气鹏留时 间，鈔了等离^中的离解，由] ^善了嫩隨#^和鈔了鹏撇负载。财卜， 可^WMi^生需要的化^W的离解的雖,^i^需要6^子体的化学賴 的敝手離m^撇负载的问题。^fc^Wf^抑帝鹏微负载的鹏，并Jil 过调整电容^^功鲜感i^^功率的比值，可以将离解^^使，子体中^的 ^^的S^:化。另^W点跡有鹏可以在将总的竊W离子密麟持为 需要的水平上的同时^Sfi1， ^t可以^^f^^^ ^离子密^a行。體图54示出了用于^SX件1102的本发明^j^f^^S器的第一^g例，工件 1102可以Ji^tei^ 1104内的工件魏1103上的^^晶片。升鹏服器1105 可以任意升高或附gO:件魏1103。室1104由室柳避1106和顶板1108所限制。顶 板1108可以^^战内表面中縣小的气^aX孔1110的气体分WI头1109，喷头 1109紅艺气体供繊1112 MCX艺气体。鹏駒括感i3^RF竊T^功 率itt^ 1114。如图57中j^， ^^^1^功率MPH可以由!lil^g^且位于顶 板1108J^f、位^FfiT顶板1108的平面中的导电线圈1114a构成。可选择地，如 图58所示，导機圈可以由TO的!i]^^^体U14b、 1114c、 1114d构成。在一 ^fi例中，电容齢RF誠^ ^!l功率勵卩器1116是在气体分:Wr头;tJ:的顶板中 的电极1116a。顿一^fi例中，^^^f^aU力率鋤幡1116JiX件魏1103中的电极U30。为了允许織圈纖1114a感i5^到室1104中，气体分械头1109 可以用 陶瓷的^^4^1成。如图55 ，顶板电极1116a ^i&i:有多个径向 缝隙1115以允许从顶部线圈纖1114a感i^l^到室1104中。可选挪，可以鹏 如图56旨的顶板电极1116b， .^S:有缝截，而是由作为电极且同时允许从顶部线圈 纖1114感i5^RF功率,料构成。这糊料的^h^!l^^特体。在靴^5fi例中，电容il^l功率M[]器1116可以同时包括顶板1108中的电极 1116a和工件^g 1103中的电极1130，以使可以同时从顶板1108和工件^ 1103 电^1^ RF源功率。顿一靴^fi例中，电极U16a和1130同时雜，但仅将 VHF源功率,到其中的"^而另—则作为VHF回路或计数电极。RF功率^fe器1118 MP鹏匹1^件1120为感/Sil^圈織U14a麟髙频 (HF)功率(例如，S^约10MHz到27MHz范围内)。在"^h^S例中，其中 电极1116a是电^l^i功率m卩器，RF功率^^器1122舰鹏匹lfi^;件1124 为电^^功率鋤皭1116 Jl^g高频(VHF)功率(例如,:ffi^J 2TMHz到200MHz 范围内)。顿一^Sfi例中，其中底部(工件魏)电极1130是电^^源功率勵口 器，RF功率^^器1123 Mii卩鹏匹Sfi^件1125为底部电极1130麟VHF功率。 錢三^lifi例中，H^和底部电极U16a 、 1130均包含电^^!l功率勵l]器，所 以VHF ^^器1122、 1123同时存在。在第四实施例中，电极1116a 、 1130同时存在， 但仅将VHF ，T^l功率m瞎淇中的^h而将另"^^IJ VHF回路^E(例 如，娜)以作为用于其它的计数电极。当VHF^ii加时，电容^l功率lfe!jP器1116a产4^T^离子的效， 加，频率范围tt^顿以^M著电^l^的YHF区域内。錢1104内棘自两个 RF功率勵幡1114、 1116的功^I^至IJSX件魏1103 ±^成的^^ # 1126。将RF ^^ #偏置功率从与位于工件魏内且在晶片1102预的电极1130相 连的RF偏置功^^i江件1102。 RF偏置功^W以^f繊(LF) RF功率发 生器1132 (lOOkffe到4MHz)和可以是髙频(HF) RF功率^^器(4MHz到27 MHz) 的另"^hRF功率姓器1134。 P鹏匹gfi^ 1136 ^^i置功率发生器1132、 1134 和工件^电极1130之间。真S^ 1160 iia阀门1162从室1104中排出工艺气体，阀门1162可以用^F^w^i率。通过阀门1162的^twaua气体分^^头1109的引入气# 51率决定了^￡^和工艺气^室内的驻留时间。如 :件^1103是静电卡盘，那么使0.(:.卡紧^￡￡源1170与电极1130 。电容1172使RF发生器1123、 1132、 1134与D.C^E源1170纖。鄉—^S例中，仅将VHF功率勵卩至顺板电极1116a上。^^种情形中，可 以OT工件^f电极1130作为m卩至顺板电极1116a上的VHF功率的回路iS^ra 板电极作为鹏倒工件雄电极1130上的HF功率的回路謝5。出TS种目的，可以 M^LF/HF^i^^器1180将顶板电极1116am。 ^!^^器1180防ih^自^ 器1122的VHF功^W1板电极U16a ^f^tf她面。樹鹏，可以M: VHF ， ^S器1186将晶片雜电极1130舰GiaRF纖电容1172)。 VHF^ffi^^器 1186防ltt自^4器1132、 1134的LF和HF功率从电极1130 ^f^ljilfe面。输二^6S例中，仅将VHF功率勵倒晶片娥电极1130上。ffi^Hf^中， W晶片娥电极1130舰，而是将其驗到VHF胜器1123 (舰匹配1125)， 以取消VHF ^ffi^^器1186。相4她，可以忽略(^l消)LF/HF ^J1^^器1180， 而将顶板电极1116aim地。图54中的JB^ 1184、 1188象征ffite出了1tf^t项。应该a^的是可以根据第一^二MS例永久^SRm器而不是可以将其ies^两个^Bfi例的形式(舰賊1184、 1188)，因jtbl^R雜VHF^^器1122、 1123中 的1， ffi^t1f^中不需要Jf^ 1184、 1188。錢三^6i例中，由VHF发生器1122、 1123同时驱动电极1116a、 1130，以使 它们均不是VHF^fe的。然而，可以M3lLF/HF^l^^器1180将顶板电极1116a m以^^，働倒晶片^t电极1130上的LF/HF偏置功率的计数电g回路。 在i^l例中，侧避1106可以lil VHF功率fi^fe回路。如果两个电极1130、 1116a 之间的VHF位相是不同的，那么針电极可以为針RF循环的^^!^|54 种#%腿。例如，两个电极1116a、 1130之间的VHF娜親是180度，3P么在 針RF循环的辦内針顿1116a、 1130可以作为另"^h电极的计数电极。可以 在单个VHF发生器中实现两个VHF^4器1122、 1123，用鹏率控带攞1140控制 由单个^^器^l^各自电极U16b、 1130的VHFVHF电^dl间的位相^。TO率控制器1140 ^&^1 15(1率^^器1118、 1122以控制体等离子 体离子密度、等离子体密度的径向分布和等离子体中自由ffll离子的离解。控 制器1140能够独立控制每个RF发生器1118、 1122的输出功率级。另外，或 可选择地，控制器1140能够脉冲调节RF发生器1118、 1122中的一个或两个 的RF输出并独立控制每个的占空比，^^制VHF^^器1122的频率、视需要 控制HF发生器1118的频率。控制器1140也可以控制真空泵1160的抽真空速率和域排气阀1162的开口尺寸。另外，偏置功率控制器1142独立控制每 个偏置电压发生器1132、 1134的输出功率级。运行控制器1140、 1142以实现 前面描述的本发明的不同方法。图59示出了图54的^fS例的另一种变形，其中线圈^1114a包^个(^ 个)!li^导线離1190、 1192，,导线離1190、 1192由各自的RF^^器1194a、 1194bMii各自的P鹏匹配U96a、 1196b概。ffi^H青形中，顶板1108和喷头1109 可以是平的(实线)或圆顶状的(点线)。图60描述了图54的^lfi例的变形，其中 顶板1108和气体分WT头1109具有中心高的阶梯形状。在^Hf形中，线圈繊 1114a的^bt可以是平的(点线)或如图60中实^f^的半球状的(圆顶状的)。图 61 |了图54的实施例的另一种^，其中顶板1108 m体分Wr头1109是半球 状的或圆顶状的。再次，线圈天线1114a的 ^可以^F的(点线)或圆顶状的(实 线)。图62鹏了另一个^5￡例，其中感^I^^功率勵B器1114是!^I管形的麻 JiSi^1。 !^管，由夕嘟中^￡^: 1402构成， 1402 ^i瞎， 中虹艺区域的直粉隔的一对开口 1404、 1406上。例如，在图62的鄉中，开口 1404、 1406穿过赚腦靴于室的纖，以便它们被晶片娥1103的直欲隔。 舰贿麟鹏14081分的导^^ 1409的磁性(例如，铁)环^S跳 将RF功WI^到鹏1402内部。舰鹏1120将RF ^^器1118雜到纖1409。 i^F^lffilii^& 1402和皿晶片1102上面的工艺区域的圆形J^中形成^i^子 体电流。该等离邻电流以RF ^±器1118的频率振荡。图63描述了图62的^J^器 的^，其中 U08和喷头1109可以是中心高的阶皿的(实线)或圆顶状的(点 线)。图27和图28的环^J^f^的"^M^i不M:气体分^^头1109或顶板 电极U16a RF功^^J^1^。因此，喷头1109可以^M的，ICT板顿U16a可以是实心的(没有图55中的自1115)， ^t可以取MH板电极MI^F图54"6i;的W^iS鹏4lF源功率^^^^到室内，同鹏HF源功^S 齡到室内。图62"63中的MJS娜VHF微率电^I^到室内而将HF源功^^应 齡彭li^内的工艺区域e^^竊T^电流。繊i^^件画[S^F^ 竊辨电流的外I3^分。在图54^61的^)S例中，将电^l^功率鋤瞎lj]l板电极 U16a^S加到晶片^电极1116b，在图6243的实施例中，将电容il^功率施加到喷头1109的导电部分(，加到晶片3at电极H16b)。由于^H1 VHF频率范围 (27-200MHz)，电^I^功^E^^^中产生离子。在该频率范围内， T^中的运动电子跟随电容齡RF场振荡并因此需要足够的會遣以用于离子产生。 在，围以下，电^!^功,Mi卩有利T^^ ^M中的离子MM而不JiW利于 在^^子体中的离子产生。因此，为了M^离T^J^力率(即，用于在#^^子 体中产生离子的功率)，iig^电极1116a (或1130)上的RF^^器1122 (或1123) 麟VHF功率。虽然己经以由两个控带藤1140、 1142实现的形式鹏了对^J工艺織flU^制，fM^M^可以^smio:艺^^p调整的单个控帝幡内实31i^^制器。可以在同一^^f^aS器中用下歹鹏征中的-^h或^与图36和图54到图61 的多频率^^^iS器元件相结合(a)图1-5中具Wi^^I分布电性能的阴极， (b)图6和图7的阴极中的可调整电元件，(c)图8、图14>21和图25的背部， 翻!l體，(d)图27、图28、图31和图32 ^^^拉阀^A鹏的^^!J。另 外，图36 ^S帝幡140 (控带職VHF频輔感卿电^l^功^t间的比值) 可以是参照图26中的可调MJ^器元件中的一种。^+aSg中，可以舰图26的背 部光雜離顿300舰馈控葡鹏中控审i職VHF频WP/^应和电^^功 ^t间的比值。可以^传^l^!j300以感应鹏iMg的不均匀tt^时^i爐率分布，反^^^&可以用于to:魏间斷B^均匀性。虽然前述内容用于本发明的实施例，但是在^离其^*范围的劍牛下，可以设计本发明的其它和fr^的^5fe例，其范围由后面etrt^展^^确定。
权利要求
1. 一种用于处理工件的等离子体反应器，包括反应室和所述室内的工件支架，所述室具有面向所述工件支架的顶板；位于所述顶板上方的感应耦合等离子体源功率施加器和连接到所述感应耦合源功率施加器上的RF功率发生器；包括(a)所述顶板或(b)所述工件支架上的源功率电极的电容耦合等离子体源功率施加器；从其底部延伸穿过所述工件支撑台座并在所述工件支撑的支撑表面上形成一排开口的一排通道；一排光纤，每条光纤分别延伸穿过所述通道中的一个，每条光纤具有(a)具有穿过所述支撑表面上的开口的视域的观察端，和(b)在所述室外侧的输出端；连接到所述光纤的输出端上的光学传感器；以及响应所述光学传感器以调整通过所述感应耦合等离子体源功率施加器和所述电容耦合等离子体源功率施加器同时耦合到所述室内的等离子体的功率相对量的控制器。
2. 根据权利要求i的戶腿反应器，其特征在于，来自于戶;M光学传繊的信号标齡工件表面上嫩蝶度分布的即时图像，并且其中给戶/MS制器输AI聘以调整功率的戶诚相对量，从而提高戶;M嫩蝶度分布的均匀性。
3. —种用于处SI件的等离子体反应器，包括反应室和戶;f^内的工件支架，戶; ^具有面向戶;Mi件支架的顶板；包括(a)戶;M顶板或(b) 0Ml件支架上的源功率电极的电容耦合，子,功率施加器；连接到^M电容耦合源功率施加器上的不同固定频率的多个VHF功率发生器； 从其底部延伸穿过所述工件支撑台座并在自工件支架的支撑表面上形成一排 开口的一排通道；一排光纤，每条光纤分别延伸穿掛/MM中的一个，每条光纤具有(a)具有穿a^f^支li^面上的开口的视域的观察端，和(b)在戶;M^卜侦啲输出端；连接到戶/M光纤的输出端上的光学传感器；以及响应戶/M光学传感器以败忍ffi制戶，多个VHF发生器的功,出级从而控制 施加到"诚源功率电^±的VHF频率的控制器。
4. 根据权利要求3的戶，反应器，^tr征在于，来自于戶，光学传，的信号表 示齡工件表面上嫩蝶度分布的即时图像，并且其中给戶;ws制纖Af辨以调整功率的戶腿相对量，从而提高戶/M嫩幌度分布的均匀性。
5. 根据权利要求3的戶腐反应器，鹏征在于，还包括 包括在戶/MX件支架中的偏置功率电极的等离子体偏置功率施加器； 连接到戶皿等离子体偏置功率施加器上的不同固定频率的多个RF功率发生器；以及响应戶;M光学传麟以^^i鹏制戶脱多个RF发生器的功,出级，从而控制施力倒戶脱等离子体偏置功率施加器上的有效RF频率的控制器。
6. 根据权利要求3的戶腐反应器，特征在于，还包括所述工件支架内的可调 元件和连接到戶，可调元件上的控制元件，所述控制元件响应所述光学传感器。
7. —种用于处SX件的等离子体反应器，包括 具有侧壁和顶板的真空室；具有面向戶诚顶板的支撑表面并且位于戶腐室内用于支撑工件的工件支撑台座； 从其底部延伸穿过所述工件支撑台座并在戶脱支撑表面上形成二维阵列的开口 的一排鹏；多条光纤，每条光纤分别延伸穿a^Mfflit中的一个，每条光纤具有(a)具有 穿过戶脱支撑表面上的开口的视域的观察端，和(b) ^^M^卜侧的输出端； 连接到所述光纤的所述输出端上的光学传感器；可调元件會^改变支撑在臓台座上的工件 ^面上的二维蚀刻速率分布；以及连接为从所述光学传感装置中接收信息并且，制指令发送到戶，可调元件中 的工艺控制器。
8. 根据权利要求7的臓反应器，其特征在于，臓可调元件包括与所述室连接的一排气体注入口，工艺气体供应源和连接在所述供应源和所述一排气体注入口中的多个可控阀，所m艺控制器连接到戶，可调阀上。
9. 根据权利要求7的臓反应器，辦征在于，臓可调元件包括所述工件支撑台座中的中空开口；戶腿中空开口内的可移动金属板；以及用来相对于戶皿支ie面移动戶;M，板的位置的致动器，戶;^x艺控制器连接 到戶; 动器上。
10. 根据权利要求7的皿反应器，^tt征在于，戶脱可调元件包括 位于所述顶fch方的内和夕卜源功率施加器和用来控制施加到所述内和外源功率施加器上的RF功率级的比例的RF功率控制器。
11. 一种用于处ss少在一定的波长范围内是透明的工件的等离子体反应器，包括具有侧壁和顶板的真空室；具有面向戶舰顶板的支撑表面并且位于戶腐室内用于支撑工件的工件支撑台座；从其底部延伸穿过戶;Mx件支撑台座并穿过戶;M支撑表面形成开口的M;延伸穿过戶;i:Mii并且具有(a)具有穿过戶舰支撑表面上的开口的视域的观察端，和(b)在戶舰一對Mi的输出端的光纤；以及连接到所述光纤的所述输出端上并且^^述的波长范围内响应的光学传感器。
12. 根据权利要求11的戶皿反应器，期寺征在于，还包 舌戶;fMit中的至少i卩 近戶，支撑衷面并且具有延伸穿a0M支^^面中的戶;M开口的光轴，戶皿光纤的所 舰察端在臓光轴上或Pf銜面向戶;M^。
13. 根据权利要求12的戶腿反应器，期寺征在于，戶脱光纤的观察端在戶;f^光轴战接到戶; Mlli:。
14. 根据权利要求12的戶; msm器，^#征在于，还包括光源；以及具有位于戶腿势卜并且连接为从戶脱光源中接收光的一个端部和连接到戶;f^g^i:的另一个端部上的第二3^千。
15. 根据权利要求12的戶腿反应器，期寺征在于，^t!竟具有足够的功率来消除戶，工件支架上支撑的工件上周期性间隔的尺寸小于一M的光学特征所产生的干涉条纹。
16. 根据权利要求11的戶腿反应器，^ME在于，还包^i接至U戶/M光学传感 器上的光学信号处理器。
17. 根据权利要求16的臓反应器，辦征在于，臓光学传麟會,应背 景反射光的级别，并且给^M光学信号处理器输A^以响应^t虫刻过程终点的背景反射，别的大的偏移。
18. 根据权利要求16的臓反应器，辦征在于，臓光学传麟娜感应单^f涉条纹，并且给戶腿光学信号处理^rAI呈序以数出在阮述反应器中的蚀刻工艺过程中，在戶腿台紅支撑的工件上产生的干涉条纹。
19. 根据权利要求16的戶 反应器，^#征在于，戶; ^^学传,是分光计，并且给臓光学信号处理器输Af群以进行下粒一(a) 将多波长干涉光谱与已知光谱相比较；(b) 由所述分光计产生的光谱中光谱峰t间的间距计算,幌度；(c) 将由戶鹏光学传繊产生的多波长干涉光谱与已知嫩幌度的光谱相比乾以确定当前工艺的 |」深度。
20. 根据权利要求16的臓反应器，辦征在于，臓光学传繊是光鄉分 光计，并且给戶，光学信号处理器输Af呈序以追踪选择的光谱线来检测蚀刻工艺终
全文摘要
本发明提供了一种具有蚀刻参数的多频控制的等离子体反应器。该反应器包括反应室和该室内的工件支架，该室具有面向该工件支架的顶板以及感应耦合源功率施加器和电容耦合等离子体源功率施加器。一排光纤延伸穿过该工件支架的支撑表面以穿过其底面观察工件。光学传感器连接到光纤的输出端上。该反应器还包括响应光学传感器以调整通过感应耦合等离子体源功率施加器和电容耦合等离子体源功率施加器同时耦合到室中的等离子体的功率的相对量的控制器。
文档编号G03F1/14GK101221356SQ200710129979
公开日2008年7月16日 申请日期2007年7月20日 优先权日2006年10月30日
发明者亚历山大·M·帕特森, 理查德·莱温顿, 迈克尔·N·格林博金, 阿杰伊·库玛 申请人:应用材料股份有限公司