具使蚀刻速度均匀分布的阴极的掩模蚀刻等离子体反应器

摘要

一种用于蚀刻工件诸如矩形或正方形的掩模的等离子体反应器，包括具有顶部和侧壁的真空腔室和在包括阴极的腔室内的工件支撑底座，其中该阴极具有用于支撑工件的表面，该表面包含多个各个区域，该表面的各个区域由不同电学特性的各个材料形成。区域可以相对于晶圆支撑底座的对称轴同心排列。

说明书

技术领域

本发明涉及具有提供蚀刻速度均匀分布的阴极的掩模蚀刻等离子体反应器。

背景技术

在超大规模集成(ULSI)半导体晶圆处理中使用的光刻掩模的制造比半导体晶圆处理需要更高程度的蚀刻均匀性。单一掩模图案一般在石英掩模中占四平方英寸的面积。掩模图案的图像向下聚焦到单一芯片(die)的面积上(一平方英寸)，然后在整个晶圆上步进，形成用于蚀刻每片芯片的单一图像。在石英掩模中蚀刻掩模图案之前，通过扫描电子束将掩模图案写入到光刻胶中，这是一个耗时的工艺，致使掩模的成本非常高。掩模蚀刻工艺在整个掩模的表面上是不均匀的。而且，写入光刻胶图案的电子束本身是不均匀的，并在晶圆上45nm特征尺寸的情形下，在整个掩模上表现出临界尺寸(例如，线宽)约2-3nm的变化。(例如，该变化是所有所测线宽中3σ方差。)光刻胶临界尺寸中的这种不均匀性典型地在不同掩模源或消费者中变化。为了迎合目前的需要，掩模蚀刻工艺不能增加该变化大于1nm，以致在所蚀刻掩模图案中的变化不超过3-4nm。这些严格的要求由在石英掩模图案中衍射效应的使用而产生，以在晶圆上实现清晰的图像。以目前的技术难以迎合该需求。对于可能包括22nm晶圆特征尺寸的未来技术可能更难。该难点通过与蚀刻偏置的现象综合，其中在掩模蚀刻期间光刻胶图案的损耗致使石英掩模上所蚀刻图案的线宽(临界尺寸)减小。这些困难在掩模蚀刻工艺中是固有的，原因在于典型的掩模材料(例如，石英、铬、钼硅化物)的相对于光刻胶的蚀刻选择性典型地小于1，从而在掩模蚀刻工艺期间掩模光刻胶图案被蚀刻。

一些掩模图案需要在石英掩模中蚀刻精确限定深度的周期开口(opening)，这对于在通过掩模曝光晶圆期间实现干涉光束的非常精细的相位校准是很关键的。例如，在一种类型的相移掩模中，每条线由铬线和在铬线的每侧上暴露的细石英线限定，在一侧上的石英线蚀刻至精确的深度，该深度提供光线相对于穿过未蚀刻石英线路的光线的180度相移。为了精确控制石英中的蚀刻深度，蚀刻工艺必需通过周期中断而精确监控，以测量在石英中的蚀刻深度。每个该检查需要从掩模蚀刻反应腔室去除掩模，去除光刻胶，测量蚀刻深度，然后基于已用的蚀刻工艺时间估计需要达到目标蚀刻深度的剩余蚀刻工艺时间，沉积新的光刻胶，电子束在光刻胶上写上掩模图案，再次引入掩模到掩模蚀刻腔室中并重新开始蚀刻工艺。实现所需深度的剩余蚀刻时间的估计假定蚀刻速度保持稳定及均匀，因此是不可靠估计。该繁琐程序的问题包括低生产力和高成本以及光刻胶图案中污染或失效的增加的可能性。而且，由于需要精确控制蚀刻深度，看起来似乎没有办法解决该问题。

在临界尺寸变化中的小公差需要在整个掩模表面上蚀刻速度的非常均匀的分布。在石英材料中需要精确蚀刻深度的掩模中，存在两个临界尺寸，一个是线宽，另一个是蚀刻深度。两种类型的临界尺寸的均匀性都需要整个掩模上均匀的蚀刻速度分布。通过采用可以改变等离子体离子密度的径向分布的源功率施加器，诸如由叠在晶圆上的内和外线圈天线组成的感应源功率施加器，蚀刻速度分布的非均匀性可以降低到一定程度。然而，该方法仅能解决对称的非均匀性，即中心高或中心低的蚀刻速度分布。在实践中，蚀刻速度分布的非均匀性可能是非对称的，例如，诸如在掩模的一个角中的高蚀刻速度。更多基本的限制是掩模蚀刻工艺趋于具有这种中心非常低的蚀刻速度分布，因此可调部件诸如具有内和外线圈的该感应功率施加器，不能变换蚀刻速度分布脱离中心低的形式。

非均匀蚀刻速度分布的另一问题为蚀刻速度分布趋于在相同设计的不同反应器中大幅改变，并当关键部分或易耗损组件被取代时，诸如阴极的取代时，在相同反应器内大幅改变。蚀刻速度分布似乎对被替代部分的特征中的小变化非常敏感，在易耗损部件替换时具有不可预知的变化。

发明内容

本发明提供一种用于蚀刻诸如矩形或正方形掩模的等离子体蚀刻反应器。在一个方案中，反应器包括具有顶部和侧壁的真空腔室和在包括阴极的腔室内的工件支撑底座，该阴极具有用于支撑工件的表面。表面包含多个分立的区域，每个区域都由不同电学特性的各种材料形成。该区域可以相对于晶圆支撑底座的对称轴同心排列。在一个实施方式中，内区域包含导体材料而环形外区域包含绝缘体。在另一实施方式中，区域是不同电学特性的不同绝缘体材料。

在另一方案中，阴极和下设备板由金属形成。阴极具有底表面以及设备板具有与阴极的底表面相对的顶表面，并且它们通过异金属的螺丝固定在一起。为了降低在螺丝头处的RF非均匀性，在由异金属形成的阴极和设备板之间提供薄环层，并位于阴极和设备板的外围。为了改善阴极和板之间的传导均匀性，在面对阴极和板的表面的外围上提供高导电的涂层。

附图说明

为了以能详细理解本发明的以上所述的特征的方式，将参照实施方式对以上简要的概述进行更加详细的描述，其中部分实施方式在附图中示出。然而，应该理解，附图仅示出了本发明的典型实施方式，因此不能理解为限定本发明的范围，因为本发明还承认其它等效的实施方式。

图1描述了实施掩模蚀刻工艺的等离子体反应器；

图2A描述了图1的反应器的下部分；

图2B示出了在提升位置中图1的反应器的掩模支撑底座；

图3是图1的反应器的阴极的俯视图；

图4和图5是阴极的一个可选实施方式的俯视图和侧视图；

图6和图7是阴极的另一可选实施方式的俯视图和侧视图；

图8是具有背面终点检测装置的等离子体反应器的简图；

图9和图10分别是从掩模的前侧和后侧获得的光学终点检测信号的图；

图11和图12分别是从掩模的前侧和后侧获得的干涉条纹光学信号的图；

图13是在图8的反应器的一个实施方式中获得的多波长干涉谱信号图；

图14示出了基于对应于图10的总反射的光强度具有背面终点检测的图8的反应器的实施方式；

图15示出了具有基于对应于图12的干涉条纹计数的背面终点检测的图8的反应器的实施方式；

图16示出了具有基于多波长干涉谱的背面终点检测的图8的反应器的实施方式；

图17示出了具有基于光发射光谱仪(OES)的背面终点检测的图8的反应器的实施方式；

图18示出了具有OES和基于干涉的背面终点检测的工作实施例；

图19和图20分别是图18的实施方式的阴极和设置板的透视图；

图21是图19的阴极的横截面视图；

图22A和图22B描述了在采用背面终点检测的石英掩模蚀刻工艺中的步骤的次序；

图23A、图23B、图23C、图23D和图23E描述了在采用背面终点检测的铬-钼硅化物-石英掩模蚀刻工艺中的步骤的次序；

图24A、图24B、图24C、图24D和图24E描述了在采用背面终点检测的铬-石英掩模蚀刻工艺中的步骤的次序；

图25和图26分别是实施方式的侧视图和俯视图，其中从掩模背面连续测量实时蚀刻速度分布。

为了便于理解，尽可能使用相同的附图标记表示附图共有的相同元件。应该理解一个实施方式的元件和特征可以有利地结合到另一实施方式中，而不用进一步叙述。然而，应该注意，附图仅示出了本发明的示例性实施方式，因此不能理解为对本发明范围的限制，因为本发明承认其它等效的实施方式。

具体实施方式

具有增强RF均匀性的阴极：

我们已经发现在掩模蚀刻工艺中非均匀性蚀刻速度分布的一个来源是在实施掩模蚀刻工艺的等离子体反应器中容纳掩模的支撑底座或阴极中RF电性非均匀性的存在。RF偏功率施加到底座以控制在掩模表面的等离子体离子能量，同时RF源功率施加到顶部的线圈天线，例如，以产生等离子体离子。RF偏功率控制在掩模表面影响离子能量的电场。由于在掩模表面的离子能量影响蚀刻速度，因此底座中的RF电性不均匀引起整个掩模表面上蚀刻速度的分布中的非均匀。我们已经发现在底座中存在RF非均匀性的几种来源。一个是将铝底座(阴极)和铝设备板固定到一起的钛螺丝。该螺丝在整个底座表面上在电场图案中产生节点(并因此在整个掩模表面上在电场图案中产生节点，原因在于它们的电学特性不同于铝电极的电学特性)。另一个来源是在阴极和设备板之间的电导率的非均匀分布。在设备板和阴极之间的电传导主要限制到板和阴极的外围。这可能至少部分归因于在等离子体处理期间由真空压力引起的阴极弯曲。围绕该外围的电传导可能为不均匀的，归因于多个因素，诸如钛螺丝的拧紧不均和/围绕板或基座的外围的表面光洁度的变化。我们通过引入改善基座表面RF电均匀性的几种部件解决了这些问题。首先，通过提供围绕阴极顶表面的外围延伸的连续钛环而解决由于铝阴极中钛螺丝的存在而引起的RF电场不均匀性或不连续性，该钛环包围所有钛螺丝的头部。通过提供高导电镍电镀在设备板和阴极的面向外围表面，以及通过在设备板和阴极之间引入压缩在它们之间的RF垫圈，来解决由于表面不同或钛螺丝拧紧不均引起的电导率的变化。

参照图1，用于在掩模中蚀刻图案的等离子体反应器包括由侧壁12和上覆顶14围绕的真空腔室10，并且其通过控制腔室压力的真空泵15抽气。在腔室10内部的掩模支撑底座16支撑掩模18。如随后将在本说明书中描述，掩模典型地由石英基板组成并可进一步在石英基板的顶表面上包括额外的掩模薄膜层，诸如铬和钼硅化物。另外，存在图案限制层，其可能是光刻胶或者由铬层形成的硬膜。在其它类型的掩模中，除了光刻胶图案外，石英基板没有任何上覆层。

通过由各自的RF源功率产生器24、26驱动的内和外线圈天线20、22，穿过各自的RF阻抗匹配电路28、30，施加等离子体源功率。虽然侧壁12可能是铝或者耦合接地的其它金属，但顶部14典型地为绝缘材料，该绝缘材料允许RF功率从线圈天线20、22感应耦合到腔室10中。通过侧壁12的顶部中均匀隔开的注入喷嘴32，经过来自气体仪表盘(gas panel)36的气体歧管34引入工艺气体。气体仪表盘36可能由通过各个阀或者质量流量控制器40耦合到输出阀或与歧管34耦合的质量流量控制器42的不同气体供应38组成。

掩模支撑底座16由支撑在金属(例如，铝)设备板46上的金属(例如，铝)阴极44组成。阴极44具有内冷却剂或者热流体流道(未示出)，该流道由设备板46中的供给口和排出口(未示出)供应及排出。通过RF偏功率产生器48穿过RF阻抗匹配电路50，RF偏功率施加到设备板。RF偏功率在设备板46和阴极44之间的界面上导引到阴极44的顶表面。阴极44具有中心平台44a，在其上支撑方形石英掩模或基板18。平台尺寸一般与掩模18的尺寸匹配，尽管平台44a稍微小一些以致掩模外围的小部分或压边(lip)18a延伸超过平台44a一短距离，如将在以下所描述的。围绕平台44a的底座环52分为(如在图2B或图7中所示的楔形或圆形截面虚线)组成约五分之二的环52的盖环52a和组成剩余的五分之三的环52的俘获环52b。俘获环52b具有掩模18的压边18a在其中放置的支架54。三个升降杆56(在图1的视图中仅有一个可见)提起俘获环52b，其当需要从支撑底座16去除掩模18时通过压边18a提升掩模18。底座环52由不同电学特性的材料的层53、55组成，选择不同的电学特性以在偏功率产生器48的频率下与由石英掩模18和铝平台44a的组合存在的RF阻抗匹配。(盖环和俘获环52a、52b由不同的层53、55组成。)然而，俘获环52的顶表面与掩模18的顶表面共面，从而延伸超过掩模18的边缘的大均匀表面促进在等离子体处理期间整个掩模18的表面上的均匀电场和鞘电压。典型地，如果下环层55是石英而上环层53是陶瓷诸如氧化铝，则这些条件可以满足。工艺控制器60控制气体仪表盘36、RF产生器24、26、48和晶圆搬运装置61。晶圆搬运装置可包括耦合到升降杆56的升降伺服系统62、机械叶片臂63和在腔室10的侧壁12中的狭口阀64。

一系列均匀隔开的钛螺丝70将阴极44和设备板46沿着它们的外围固定在一起。由于在铝电极/设备板44、46和钛螺丝70之间的电性差异，螺丝70在阴极44的顶表面引入到RF电场的离散不均匀性。在阴极44和设备板46的相对表面中的变化引起阴极44和设备板46之间沿着它们的外围的电导率的非均匀性，其引入在RF电场中的相应不均匀性。由于在等离子体处理(由于腔室真空)期间阴极44在其中心趋于向上弯曲(bow up)，在阴极44和设备板46之间的主要电接触是沿着它们的外围。为了降低在阴极44和设备板46之间电导率对(a)在各种钛螺丝70之间的紧度的变化和(b)在表面属性中的变化的敏感性，高导电材料诸如镍的环形薄片72沉积在阴极44的底表面44b的外围上，同时镍(例如)的匹配环形薄片74沉积在设备板46的顶表面46a的外围上。镍薄片72、74相互对准，从而两个环形镍薄片72、74组成底座44和设备板46的相对接触表面，其提供在其之间电学特性的高均匀分布。通过沿着阴极44的底表面的外围设置环形凹槽76并在凹槽76内放置导电RF垫圈80，实现均匀电学特性中的进一步改善。可选地，在设备板46中的顶表面中可提供与凹槽76对准的类似环形凹槽78。RF垫圈80可以具有适宜的传统类型，诸如薄金属螺旋，其中当阴极44和设备板46压制在一起并用螺丝70拧紧时，该薄金属螺旋压缩。为了降低或消除在钛螺丝70的顶部趋于产生的电场分布的点非均匀性，将连续钛环82放置在阴极44的顶表面的外围中的环形凹槽84中。

图2A描述了掩模支撑底座16及其下面的提升组件90。提升组件90包括由气动致动器或升降伺服系统驱动的提升三脚架92和设置在提升三脚架92上的三个升降杆56。升降杆56在包括用于非常光滑和近似无摩擦运动的滚球轴承98的升降膜盒96中导引(以降低由磨损引起的污染)。图2B描述了具有俘获环52b的阴极44和在提高的位置中的掩模18。当掩模提升时，由盖环和俘获环52a、52b的隔开形成的空隙允许机械叶片靠近掩模18。

在掩模18的整个表面上示例性中心非常低的蚀刻速度分布的问题通过改变阴极平台44a的电学特性(例如，介电常数)的分布而解决。这通过在一个实施方式中在平台44a的顶表面上利用提供中心插入物102和周围的外部插入物104解决，这两个插入物与底座环52形成连续平面并由电性不同的不同材料组成。例如，为了降低中心非常低的蚀刻速度分布的趋势，中心插入物102可以为导电材料(例如，铝)，而外部插入物104可为绝缘材料(例如，陶瓷诸如氧化铝)。中心插入物102的这种导电形式为RF电流提供非常低的阻抗路径，增加掩模18的中心处的离子能量和蚀刻速度，同时绝缘的外部插入物104呈现较高的阻抗，其降低掩模18的外围的蚀刻速度。这种组合改善了蚀刻速度分布，使其表现得更近似均匀。以该种特征，通过调整施加到内和外线圈天线20、22的相对RF功率大小，可以实现蚀刻速度分布的微调。实现均匀蚀刻速度分布所需的在等离子体离子强度的径向分布中的变化降低到最小量，其在内和外线圈20、22之间的RF功率分配的能力之内，以获得均匀的蚀刻速度分布。图3是内和外插入物102、104的俯视图。在可选实施方式中，插入物102、104可以是具有不同介电常数(电学介电常数)的绝缘体。图4和图5为该概念的解释，其中使用具有递增的不同电学特性的四个同心环102、104、106、108，以使蚀刻速度分布更加均匀。图6和图7描述了提供阴极44的RF电学特性分布的实时可调性的可选实施方式。活塞110控制在阴极44的中心内部的中空圆柱体114内的可移动铝板112的轴向位置。铝板112与铝平台44a的其余部分电接触。绝缘体(例如，陶瓷)顶薄膜116可以覆盖阴极44的顶部。随着铝板112推到更接近于圆柱114的顶部，穿过阴极44的中心区域的电阻抗降低，从而增加掩模18中心处的蚀刻速度。相反地，随着铝板112在圆柱114中远离掩模18向下移动，在掩模中心处的蚀刻速度降低。控制活塞110的轴向运动的致动器118可以由工艺控制器60(图1)控制，以调整蚀刻速度分布到最大均匀性或者补偿非均匀性。

通过掩模背面的蚀刻速度监控和终点检测：

采用通过阴极44及通过掩模或基板18的背面的光学感应，降低或消除用于测量掩模上的蚀刻深度或临界尺寸的蚀刻工艺的周期间断的高生产成本。需要中断蚀刻工艺以执行该周期测量，原因在于相对于光刻胶的弱蚀刻选择性：一般地，掩模材料比光刻胶蚀刻更慢。这个问题通常通过在掩模上沉积厚的光刻胶层来解决，但是抗蚀膜的高速蚀刻导致光刻胶表面随机不均匀或粗糙。该粗糙度影响穿过光刻胶的光，从而在临界尺寸或蚀刻深度的任何光学测量中引入噪音(noise)。因此，每个周期测量暂时去除光刻胶，以保证无噪音光学测量，在重新开始中断的掩模蚀刻工艺之前，其必须使光刻胶重新沉积及刻线图案重写入光刻胶中。

使用在阴极44内提供的背面光学测量装置，在图8中描述的掩模蚀刻等离子体反应器避免了这些困难并允许在整个蚀刻工艺期间临界尺寸的连续观察或蚀刻深度的测量，同时掩模或基板18留在掩模支撑底座16上的适当位置中。背面测量装置通常利用掩模基板18的光学透明性质，其中掩模基板18典型是石英。可沉积在其上(诸如铬或钼硅化物)的薄膜可以是不透明的，但是可以光学感应限定掩模18的刻线图案的图案化开口的形成。可以通过阴极44在掩模背面观察在由该层反射的或所传输透过该层的光强度的变化。该观察可以用于执行蚀刻工艺终点检测。当蚀刻石英材料时，可感应在掩模背面通过阴极44所观察的光学干涉，以在蚀刻工艺期间实时执行蚀刻深度测量。一个优点是从掩模背面感应的图像或光信号不受光刻胶噪音的影响，或者与试图从掩模18的顶表面(光刻胶侧部)执行该测量相比至少影响非常小。

为了这个目的，图8的反应器包括在阴极44的顶表面内容纳透镜122的凹槽120，其中该透镜122的光轴面对掩模或基板18的背面。一对光纤124、126，其相对于透镜122的直径较小，具有靠近或接触透镜122的端部124a、126a，并且两者在透镜122的光轴处彼此相邻对准。在图8中描述的每条光纤124、126实际上可为小束光纤。光纤124具有耦合到光源128的另一端124b。光源发出对掩模18透明的波长的光，典型为对于石英掩模的可见波长。在干涉深度测量的情形下，选择光源128的波长谱以促进在掩模18的刻线图案中的局部相干性。对于约45nm(或小于一微米的周期特征尺寸)级别的所蚀刻掩模结构中的周期特征，如果光源128以可见光谱辐射，则该需求得到满足。光纤126具有耦合到光接收器130的另一端126b。在简单的终点检测的情形下，光接收器130可以仅探测光强度。在临界尺寸(例如，线宽)的测量的情形下，光接收器130可感应透镜122的视野内的所蚀刻线的图像，从而可以确定线宽。在蚀刻深度测量的情形下，光接收器130可检测干涉图案或干涉条纹，从而可以确定蚀刻深度(即，从干涉图案或衍射图案推断或者从干涉条纹的计数计算)。在另一实施方式中，光接收器130可包括用于执行多波长干扰测量的分光计，从而可以推断或计算蚀刻深度。为了进行这种确定，工艺控制器60包括能处理来自光接收器的光学信号的光学信号处理器132。该光学信号处理可包含以下其中之一(取决于特定的执行)：从周围光强度变化执行蚀刻工艺终点检测；从由光接收器130感应的二维图像测量临界尺寸；通过计数干涉条纹而计算蚀刻深度；从多波长干涉谱确定蚀刻深度；在该情形下光学接收器130由分光计组成。可选地，可使用该分光计，以通过光发射光谱仪从晶圆背面执行蚀刻工艺终点检测，使用通过等离子体发出并传输通过透明掩模18的光，在该情形下不采用光源128。

工艺控制器60响应来自光学信号处理器132的工艺终点检测信息(或蚀刻深度测量信息)，以控制等离子体反应器的各种元件，包括RF产生器24、26、48和晶圆搬运装置61。典型地，当达到蚀刻工艺终点时，工艺控制器60停止蚀刻工艺并使掩模18从底座16去除。

图9是描述在铬蚀刻工艺(在该工艺中根据掩模刻线图案蚀刻石英掩模表面上的铬薄膜)期间，在掩模的顶侧(光刻胶涂覆的)所感应的周围反射的光强度与时间的关系。在图9的图表中强度的大摆动表示由在光刻胶层的顶表面中的粗糙度引起的噪音。虚线表示噪音内隐藏的阶梯函数信号，该阶梯函数与铬蚀刻工艺终点一致。图10是在图8的反应器中穿过阴极44从晶圆背面进行的相同测量，其中光接收器130感应所反射的光级别。光刻胶引起的噪音显著减少，从而终点确定阶梯函数明显地表示在光学数据中。阶梯函数的边缘示出了在刻蚀工艺到达铬薄膜的底部时反射光强度下降的过渡点，在这种情形下，铬的反射表面面积突然减小。

图11和图12是光强度随时间(或者，等效地，随空间)的图表，以及在图12中，如由光学接收器130感应，其中在光强度中的周期峰对应于干涉条纹，其间隔确定蚀刻深度，或者在透明石英掩模基板18中所蚀刻的接近周期分布的特征的不同表面之间的厚度差。图11描述了经过光刻胶从掩模的顶侧感应的强度，具有消弱干涉条纹检测的重光刻胶引起的噪音组分。图12描述了由图8的光学接收器130通过掩模背面感应的强度，其中光刻胶引起的噪音实质上不存在。

图13是表示光强度与波长的关系图，在光接收器130由分光计组成以及光源128产生波长的谱的情形下。图13的图表的强度谱的特征典型为在从亚微米特征中的不同深度的表面所反射的光之间产生的干涉效应的情形，该亚微米特征在透明掩模18中周期隔开。在较低波长处，峰具有明显的周期性并且均匀隔开，主要的光效应是干涉。在较高波长处，在掩模18中的周期特征中的局部相干性没有这么强烈，从而衍射效应随着波长的逐渐增加而变得越来越显著，导致在较高波长处的强度特征不太均匀隔开并且更加复杂，如图13所描述。在图13中的峰的间隔，特别在较低波长处，是蚀刻深度的函数，其中蚀刻深度可能从峰-峰间距推断出。

图14示出了图8的反应器的实施方式，其中光接收器130是周围光强度检测器以及光信号处理器132程序化以寻找在所有所反射光强度中的大变形(阶梯函数)，对应于图10的终点检测图。在该实施方式中的光源128可以是任何适宜的光源。可选地，可以除去光源128，从而光感应器130仅响应来自等离子体传输透过透明掩模或基板18的光。

图15示出了图8的反应器的一个实施方式，其中光接收器130是由透镜122充分聚焦的干涉条纹检测器以消除干涉条纹，以及光信号处理器132程序化以计数干涉条纹(例如，从图12中所示的类型的强度对时间数据)以计算在透明石英掩模18中的蚀刻深度。该计算得到实际上的即时蚀刻深度，其利用逻辑器200与存储在存储器202中的用户指定的目标深度相比较。逻辑器200可以使用传统的数字匹配或最小化路线以探测在所存储和所测量的深度值之间的匹配。匹配使逻辑器200为工艺控制器60标记蚀刻终点。

图16示出了图8的反应器的实施方式，其中采用图13的干涉谱技术，以测量或确定在透明石英掩模或基板18中的蚀刻深度。在该情形下，光源128发出在可见光范围内(对于约数百纳米或较小的周期掩模特征尺寸)的多波长或光谱。光接收器130是分光计。信号调节装置和模拟-数字转换器220的结合将由分光计130(对应于图13的图)收集的光谱信息转换为光学信号处理器132可以处理的数字数据。可以执行终点检测的一个模式是从图13所示的数据的较低波长范围内的周期峰之间的间距计算蚀刻深度，如上所述。比较逻辑器200可以比较即时所测的蚀刻深度与在存储器202中所存储的使用者限定的目标深度，以确定是否已经达到蚀刻工艺终点。在另一模式中，比较逻辑器200足够强以比较表示分光计130的即时输出的数字表示的波谱(对应于图13的图)与对应于所需蚀刻深度的已知光谱。该已知光谱可以存储在存储器202中。由比较逻辑200所测的在所测光谱和所存储的光谱之间的匹配，或者近似匹配，产生传送给工艺控制器60的蚀刻工艺终点标记。

图17示出了图8的反应器的实施方式，其中光学接收器130是光发射分光计，能从由腔室中的等离子体发出的光辐射区分发射线，以执行光发射光谱测定分析(OES)。处理器132是OES处理器，其程序化以追踪所选光线的强度(或探测消失)，该光学线对应表示层中正在刻蚀的材料的化学物质。在预定转换时(例如，在铬蚀刻工艺期间在OES光谱中的铬波长线的消失)，处理器132将蚀刻工艺终点探测标记传送到工艺控制器60。

图18描述了我们已经构造的实施方式，在阴极44的表面中在各个隔开的凹部231、233中具有一对透镜230、232，透镜230、232聚焦以消除干涉条纹，所聚焦的光通过面对或接触各个透镜230、232的各自光纤234、236传输。光纤234、236耦合到干涉检测器238(其可以是条纹检测器或光谱仪)，该检测器238具有耦合到工艺控制器60的输出。透镜230、232接收来自光源通过光纤242、244的光。该光从掩模18的顶表面反射回透镜230、232，并通过光纤242、244传输至检测器238。另外，图18的实施方式具有在阴极表面中的第三凹部249，其容纳通过光纤252耦合到OES分光计254的输入的第三透镜250。OES处理器256处理OES分光计254的输出，以执行终点探测，并传输结果到处理控制器60。在图19中描述了图18的实施方式的阴极44，示出了容纳各个透镜230、232、250的三个凹部231、233、249。图20示出了用于在设备板46内容纳支撑透镜230、232、250的光学装置(未示出)的的对应的孔260、261、262。图21是横截面视图，示出了耦合光纤到底座16内部的透镜。

虽然已经描述图16、图17和图18的反应器为采用分光计130(图16和图17)和254(图18)，分光计130或254可由调谐到预定波长的一个或多个光学滤波器替代。每个该光学滤波器可与光电倍增管结合，以增强信号振幅。

背面终点探测的掩模蚀刻工艺：

图22A和图22B描述了用于在掩模的石英材料中蚀刻刻线图案的工艺。在图22A中，石英掩模基板210已经由具有分隔线214的周期结构和在光刻胶层212中限定的开口216的光刻胶层212覆盖。在图15或图16的反应器中，CHF₃+CF₄+Ar的石英蚀刻工艺气体引入到腔室10中，通过RF产生器24、26和48施加功率，以及在由光刻胶层212中形成的开口216内蚀刻石英材料。通过由所蚀刻的顶表面所反射的光218和从石英基板210的未蚀刻顶表面所反射的光219之间的干涉，连续测量在石英中的蚀刻深度。只要达到所需的蚀刻深度(图22A)，就中止蚀刻工艺。然后，去除光刻胶以产生所选掩模(图22B)。

图23A至图23E描述了用于蚀刻由下石英掩模基板210、钼硅化物层260、(包含钼氧硅氮化物)、铬层262、铬氧化物抗反涂层264和光刻胶层266以及在光刻胶层266中形成开口268组成的三层掩模结构(图23A)。在图23B的步骤中，使用诸如Cl₂+O₂+CF₄的铬蚀刻工艺气体的，在具有简单反射系数终点探测(图14的腔室)或具有OES终点探测(图14的腔室)的等离子体反应器中蚀刻铬层262和抗反涂层264。光刻胶层266去除(图23C)。然后，使用钼硅化物的蚀刻剂的工艺气体，诸如SF₆+Cl₂，以及使用铬层262作为硬模，对钼硅化物层260随后如图23D中所示进行刻蚀。该步骤在具有通过简单的周围反射系数的终点检测或通过OES终点检测的等离子体反应器中实施，诸如图14或图17所示的腔室。在图23E中，使用铬蚀刻工艺气体诸如CH₃+CF₄+Ar，去除铬层262和铬氧化物抗反射涂层264。该步骤可以使用具有简单的终点探测的图14或图17的反应器实施，而不进行蚀刻深度测量。这留下了具有限定刻线图案的钼硅化物的上覆层的石英掩模基板。

图24A至图24E描述了用于制造二元掩模的工艺，其中二元掩模由在所暴露的石英的侧向周期间隔的透明石英掩模上的周期铬线组成，交替暴露的石英间隔蚀刻至所透射光相移所需角度(例如，180度)的深度。图24A描述了由石英掩模基板300、铬层302、铬氧化物抗反射涂层304和光刻胶层306组成的初始结构。在图24B的步骤中，铬和铬氧化物层302、304在Cl₂+O₂+CF₄的工艺气体中在反应器腔室中诸如图14或图17的腔室中蚀刻。在图24C的步骤中，光刻胶层306去除，之后石英掩模基板300的所暴露部分在CHF₃+CF₄+Ar的石英蚀刻工艺气体中如图24D所示进行蚀刻。图24D的石英蚀刻步骤在能感应或监控在石英掩模基板300中的蚀刻深度的反应腔室中实施，诸如图15或图16的腔室。在蚀刻工艺期间，连续监控即时蚀刻深度，以及只要在掩模300上达到目标蚀刻深度，就中止蚀刻工艺。在图24E中描述了最终结果。

在整个掩模表面上蚀刻速度分布的连续监控：

图25和图26示出了在阴极44的顶表面中具有背面蚀刻深度感应元件(透镜和光纤)的矩阵的图1的晶圆支撑底座16的实施方式，在蚀刻工艺期间其连续提供整个掩模或基板的整个表面上的蚀刻速度分布或蚀刻深度分布的即时图像或图样，而不中断蚀刻工艺或干扰掩模基板。铝平台44a在其顶表面具有开口320的矩阵，每个开口容纳与掩模基板300的背面相对的透镜322。光源324提供经过耦合到各自透镜322的输出光纤326的光。透镜322提供充分的聚焦以分辨干涉条纹。干涉检测器328，其可以是辅助条纹计数的传感器或分光计，耦合到与各个透镜322耦合的输入光纤330。开关或光电倍增管332容许来自每条输入光纤330的光依次进入到检测器328。图25和图26的装置有三种模式可以操作。在第一模式中，给定的一个透镜322的视野中的刻蚀深度从干涉条纹之间的间距进行计算。在第二模式中，检测器328为分光计以及给定的一个透镜322的视野中的刻蚀深度从多波长干涉光谱(对应图13)的较小波长峰间距进行计算。在第三模式中，多波长干涉光谱在给定的即时时刻检测并与对应的刻蚀深度已知的光谱库340相比较。蚀刻速度分布从蚀刻深度和经过时间计算。该分布记录工艺的蚀刻非均匀性，并输入到工艺控制器132。控制器132可以通过调整反应器的可调特征响应，以降低蚀刻速度分布中的非均匀性。

虽然图25和图26的实施方式描述为在平台44a的顶表面中具有3×3矩阵的蚀刻深度传感器或者透镜322，但是在该传感器的矩阵中可以采用任意行和列，从而矩阵是n×m矩阵，其中m和n是适宜的整数。

在一个实施方式中，工艺控制器132可程序化以推断(从由分光计或传感器130供应的蚀刻速度分布信息)蚀刻速度分布是否为中心高或中心低。工艺控制器60可以通过调整反应器的可调特征响应该信息，以减小非均匀性。例如，工艺控制器60可以改变在内和外线圈20、22之间的RF功率分配。可选地或者另外地，工艺控制器60可以改变图6和图7中可移动铝板112的高度。通过反应器可调元件的连续试验和错误调整，来自平台44a中的蚀刻深度感应元件阵列或矩阵的反馈允许工艺控制器60改善蚀刻速度分布均匀性。

虽然前述涉及本发明的实施方式，但是在不脱离本发明的基本范围的下，本发明承认其它和进一步的实施方式，并且本发明的范围由以下的权利要求书确定。