JP2010524155A - ガスクラスターイオンビームを用いて系統的な不均一性を補正する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

ガスクラスターイオンビーム（２０２）を用いて系統的な不均一性を補正するための装置及び方法の実施例が一般的に本書で記載される。他の実施例は、記載され且つクレームされ得る。

Description

発明の分野は、一般的に、半導体集積回路の製造の分野に関連し、より具体的で且つ非排他的には、ガスクラスターイオンビームを用いた系統的な不均一性の補正に関連する。

ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）は、薄いフィルムをエッチングし、洗浄し、平滑化し、また、形成するために用いられる。この考察の目的のため、ガスクラスター群は、標準温度及び標準圧力の条件の下でガス状となる物質のナノサイズの凝集体群である。そのようなガスクラスター群は、数個から数千個、或いはそれ以上の、緩く結合した分子を含む凝集体群を含み得る。それらガスクラスター群は、電子衝撃によってイオン化されることが可能で、そのことは、それらガスクラスター群が、制御可能なエネルギーを持つ方向付けられたビーム群を形成するのを可能にする。そのようなクラスターイオン群のそれぞれは、典型的には、電子電荷の大きさとそのクラスターイオンの荷電状態を表す値以上の整数との積で与えられる正電荷を帯びている。

より大きなサイズのクラスターイオン群は、クラスターイオン毎にかなりのエネルギーを持ち運ぶという能力と、その一方で、個々の分子毎に僅かなエネルギーしか持っていないという点で、しばしば最も有用であるとされる。それらイオンクラスター群は、ワークピースとの衝突で分解する。特定の分解したイオンクラスターにおける個々の分子のそれぞれは、総クラスターエネルギーのうちのほんのわずかなものしか持っていない。結果として、大きなイオンクラスターの衝撃効果はかなりのものであるが、極めて浅い表面領域に限定される。これは、従来型のイオンビーム処理の特徴であるより深い表面下損傷を生成する傾向なく、ガスクラスターイオン群を、様々な表面調節処理にとって効果的なものとする。

従来型のクラスターイオンソースは、数千個の分子にまで達し得る各クラスターにおける分子の数に対応する幅広いサイズ分布を持つクラスターイオン群を生成する。原子群から成るクラスター群は、ノズルから真空内へ向かう高圧ガスの断熱膨張の際の、個々のガス原子（又は分子）の凝縮によって形成され得る。小さな開口を持つスキマーは、クラスター群の平行ビームを生成するために、この膨張するガス流の中心からの分岐流を取り除く。様々なサイズの中立なクラスターが生成され、ファン・デル・ワールス力として知られる弱い原子間力によってまとめられる。この方法は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、窒素、酸素、二酸化炭素、六フッ化硫黄、酸化窒素、亜酸化窒素、及びそれらガスの混合物といった、様々なガスからクラスター群のビームを生成するために用いられている。

工業規模でのワークピースのＧＣＩＢ処理の複数の新興の応用には、半導体分野におけるものがある。ワークピース群のＧＣＩＢ処理は、幅広い種類のガスクラスターソースガスを用いて実行されるが、それらの多くは、不活性ガスであり、多くの半導体処理における応用は、ＧＣＩＢを形成するために、反応性ソースガスを用い、時々、不活性ガス又は希ガスとの組み合わせ又は混合物を用いる。

Bluetooth Special Interest Group, Inc.、"Specification of the Bluetooth System: Core, Version 1.1,"、 ２００１年２月２２日 "Local and Metropolitan Area Networks, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4 GHz Band"、１９９９年９月１６日 "Local and Metropolitan Area Networks, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification, Amendment 4: Further Higher Rate Extension in the 2.4 GHz Band"、２００３年６月２７日

ガスクラスターイオンビーム群は、ワークピースの上部層における変動を補正するために用いられたが、ガスクラスターイオンビーム群は、ＧＣＩＢ装置の出力処理パラメータに繰り返し影響を与える、ツール固有の処理異常によって引き起こされる不均一性を補正するためには用いられていない。

ＧＣＩＢ処理装置の線図である。 ガスクラスターイオンビーム装置と前処理計測及び後処理計測との相互関係を説明する線図である。 ワークピースにおける上部層の分光偏光解析法によるフィルム厚マップを示す。 調整されていないガスクラスターイオンビームのデータと平均化された後処理のパラメータに関するデータとに基づいて系統的なエラーレスポンスを創出する方法の一実施例を説明するフローチャートである。 系統的な不均一性を補正する方法の一実施例を説明するフローチャートである。

本発明は、例を通じて説明され、添付図面の図に限定されるものではない。

入ってくる（incoming）ワークピースの上部層の不均一性、及び、ガスクラスターイオンビームツールのようなプロセスツールにおける固有の変動によって引き起こされる系統的な不均一性を含む不均一性を、ガスクラスターイオンビームを用いて補正する装置及び方法は、様々な実施例で開示されている。しかしながら、関連する技術分野における当業者は、一以上の具体的な詳細なしに、或いは、他の代替品並びに／又は追加的な方法、材料若しくは構成要素を用いて、様々な実施例が実施され得ることを認識するであろう。他の例では、本発明の様々な実施例における態様を目立たなくするのを避けるために、周知の構造、材料、又は操作が詳細には図示も記載もされていない。同様に、説明目的で、本発明の完全な理解を与えるために、特定の数値、材料、及び構成が説明される。それでもなお、本発明は、具体的な詳細なしに実施され得る。また、当然のことながら、図で示される様々な実施例は、説明のための代表的なものであり、必ずしも縮尺通りに描かれてはいない。

発明の詳細な説明及び特許請求の範囲において、用語“結合された”及び“接続された”が、それらの派生語と共に、用いられる。当然のことながら、それらの用語は、互いに同義であるとはされない。むしろ、特定の実施例において、“接続された”は、二以上の要素が互いに直接的に物理的に或いは電気的に接触していることを示すために用いられ、一方で、“結合された”は、二以上の要素が互いに直接的には接触してはいないがそれでもなお互いに協働し或いは相互に作用しあうことを更に意味し得る。

本明細書を通じた“一実施例”又は“ある実施例”なる参照は、その実施例と共に記載される特定の特徴、構造、材料、又は特性が本発明の少なくとも一つの実施例に含まれることを意味するが、それらが全ての実施例に存在することを意味しない。従って、この明細書を通じた様々な場所における“一実施例では”又は“ある実施例では”なる表現の出現は、必ずしも、本発明における同じ実施例に言及しているものではない。更に、その特定の特徴、構造、材料、又は特性は、一以上の実施例において、任意の適切な手法で組み合わされてもよい。様々な追加の層及び／又は構造が、別の実施例において含まれていてもよく、且つ／或いは、記載された特徴が、別の実施例では省略されていてもよい。

様々な操作が、複数の個別の操作として、本発明を理解するのに最も役立つ手法で、順々に説明される。しかしながら、説明の順番は、それらの操作が必ず順番に従うものであることを暗示するものとして解釈されてはならない。具体的に言うと、それらの操作は、提示順に実施される必要はない。記載された操作は、記載された実施例とは異なる順番で実施されてもよい。様々の付加的な操作は、付加的な実施例において実施されてもよく、且つ／或いは、記載された操作が付加的な実施例では省略されてもよい。

ガスクラスターイオンビームを用いて不均一性を補正することに対する一般的必要性が存在する。入ってくるワークピースの上部層の不均一性、及び、ガスクラスターイオンビームツールのような処理ツールにおける固有の変動によって引き起こされる系統的な不均一性を含む不均一性を補正することによって、より繰り返し可能でより一定した処理が提供され得る。

図１を参照すると、ＧＣＩＢ処理装置２００は、ソースチャンバ１０４と、イオン化／加速チャンバ１０６と、イオン化／加速チャンバ１０６によってソースチャンバ１０４から分離される処理チャンバ１０８とを含む連通チャンバ群に分割される真空容器１０２を含む。チャンバ群１０４、１０６、１０８は、それぞれ、真空ポンプシステム１４６ａ、１４６ｂ、及び１４６ｃによって、適切な作動圧まで圧抜きされる。ソースガスシリンダ１１１に保管された凝縮性ソースガス１１２（例えば、アルゴン（Ａｒ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、酸素（Ｏ_２）、又は窒素（Ｎ_２））は、圧力下で、ガス絞り弁１１３及びガスフィードチューブ１１４を通じて停滞チャンバ１１６内に入れられる。そのソースガスは、その後、停滞チャンバ１１６から、適切に形成されたノズル１１０を通じて、ソースチャンバ１０４の内側にある実質的により低圧の真空空間内に放出される。結果として、ガスジェット１１８がソースチャンバ１０４内で生じる。ジェット１１８の急速膨張によって生じる冷却は、ガスジェット１１８の一部をクラスター群に凝縮させ、そのクラスター群のそれぞれは、数個から数千個の弱く結合した原子又は分子で構成される。

ソースチャンバ１０４とイオン化／加速チャンバ１０６との間に位置付けられるガススキマー開口１２０は、部分的に、クラスター群内に凝縮されていない任意のガス分子を、凝縮してガスジェット１１８の一部となったものから分離する。その凝縮していないガス分子の除去は、イオン化／加速チャンバ１０６内のイオナイザー１２２及び高電圧電極１２６の近く、並びに処理チャンバ１０８内のような、高圧が有害となる下流領域における圧上昇を極小化させる。

ソースチャンバ１０４でガスジェット１１８が形成された後、ガスジェット１１８内の構成要素であるガスクラスター群は、イオナイザー１２２によってイオン化される。イオナイザー１２２は、典型的には、一以上のフィラメント１２４から電子を生成し、且つ、イオン化／加速チャンバ１０６内でガスジェット１１８内のガスクラスター群にそれら電子を衝突させるべくそれら電子を加速して方向付ける電子衝撃イオナイザーである。その電子衝撃は、イオン化分子を生成しそれによってそのガスクラスター群にクラスターイオン群を規定するための正味の正電荷を与えるべく、そのガスクラスター群内の分子から電子を取り出す。フィラメント電源１３６は、イオナイザーフィラメント１２４を加熱するための電圧Ｖ_Ｆを供給する。

イオン化／加速チャンバ１０６内にある適切にバイアスされた一組の高電圧電極１２６は、イオナイザー１２２からクラスターイオン群を抽出する。その後、高電圧電極１２６は、抽出したクラスターイオン群を所望のエネルギーまで加速し、ＧＣＩＢ１２８を定義すべくそれらを収束する。ＧＣＩＢ１２８におけるクラスターイオン群の運動エネルギーは、典型的には、１０００エレクトロンボルト（１ｋｅＶ）から数十ｋｅＶの範囲である。アノード電源１３４は、フィラメント１２４から放出された電子群を加速し且つそれら電子群をガスジェット１１８内のガスクラスター群に衝突させてクラスターイオン群を生成するために、高電圧電極１２６の少なくとも一つに電圧Ｖ_Ａを供給する。

抽出電源１３８は、イオナイザー１２２のイオン化領域からイオン群を抽出し且つＧＣＩＢ１２８を形成すべく、高電圧電極１２６の少なくとも一つをバイアスさせるために電圧Ｖ_Ｅを供給する。加速電源１４０は、Ｖ_Ａｃｃエレクトロンボルト（ｅＶ）に等しい総ＧＣＩＢ加速エネルギーをもたらすよう、イオナイザー１２２に対して高電圧電極１２６の一つをバイアスさせるために電圧Ｖ_Ａｃｃを供給する。レンズ電源１４２、１４４は、ＧＣＩＢ１２８を収束すべく、高電圧電極１２６のいくつかをある電位（例えば、Ｖ_Ｌ１及びＶ_Ｌ２）でバイアスさせるために提供され得る。イオン化／加速チャンバ１０６内のビームフィルタ２５６は、処理チャンバ１０８に入るＧＣＩＢ２０２を定義すべく、ＧＣＩＢ１２８からモノマー群、又は、モノマー群及びライトクラスターイオンを除去する。

ビームゲート２２２は、イオン化／加速チャンバ１０６内のＧＣＩＢ１２８の経路内に配置される。ビームゲート２２２は、ＧＣＩＢ２０２を定義するために、ＧＣＩＢ１２８がイオン化／加速チャンバ１０６から処理チャンバ１０８に移行するのを許容する開状態と、ＧＣＩＢ１２８が処理チャンバ１０８に入るのを阻止する閉状態とを有する。コントロールケーブル２２４は、線量測定プロセッサ２１４からビームゲート２２２へ制御信号群を導く。それら制御信号群は、その開状態とその閉状態との間でビームゲート２２２を制御可能に切り換える。

半導体ウエハ又はＧＣＩＢプロセシングによって処理される他の基板であってもよいワークピース２１０は、処理チャンバ１０８内のＧＣＩＢ２０２の経路内に配置される。ほとんどの応用が、空間的に均一な結果を伴う大きなワークピース２１０の処理を意図するので、スキャンシステムは、空間的に均一な結果を生じさせるために、大きなエリアに亘ってＧＣＩＢ２０２を均一に走査することが望まれ得る。

ワークピース２１０に向けられるＧＣＩＢ２０２は、実質的に静的（すなわち、走査されないもの）であってもよい。ワークピース２１０は、処理チャンバ１０８内で、二軸方向にワークピース２１０を動かすことができ、ＧＣＩＢ２０２に対してワークピース２１０を効果的に走査するＸ−Ｙ位置決めテーブル２０４上に保持される。ＧＣＩＢ２０２は、ワークピース２１０の表面にある投影衝突領域２４４のところでワークピース２１０に衝突する。Ｘ−Ｙ動作によって、Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２０４は、ＧＣＩＢ２０２による処理のためにワークピース２１０の表面の全ての領域を投影衝突領域２４４に一致させられるよう、ワークピース２１０の表面の各部分をＧＣＩＢ２０２の経路内に位置付けることができる。Ｘ−Ｙコントローラ２１６は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれにおける位置及び速度を制御するために電気ケーブル２１８を通じてＸ−Ｙ位置決めテーブル２０４に電気信号群を供給する。Ｘ−Ｙコントローラ２１６は、電気ケーブル２２６を通じてシステムコントローラ２２８から制御信号群を受信し、電気ケーブル２２６を通じてシステムコントローラ２２８により操作可能である。Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２０４は、投影衝突領域２４４内にワークピース２１０の様々な領域を位置付けるために、従来のＸ−Ｙテーブル位置決め技術に従って、連続的動作により、或いは、段階的動作により動く。一実施例において、Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２０４は、ＧＣＩＢ２０２によるＧＣＩＢ処理のために、投影衝突領域２４４を通じてワークピース２１０の任意の部分を、プログラム可能な速度で走査するために、システムコントローラ２２８によってプログラム可能に操作可能である。

或いは、位置決めテーブル２０４を使用する代わりに或いはそれに加えて、ワークピース２１０上の所望の処理エリアに亘ってＧＣＩＢ２０２のラスター又は他の走査パターンをもたらすために、直交配向した静電走査プレート１３０、１３２が利用されてもよい。ビーム走査が実行されると、走査発電機１３１は、走査プレート１３０、１３２にＸ軸走査信号電圧及びＹ軸走査信号電圧を供給する。走査プレート１３０、１３２に供給されるそれら走査信号電圧は、ワークピース２１０の表面全域に亘ってＧＣＩＢ２０２を走査させる様々な周波数の三角波であってもよい。

位置決めテーブル２０４のワークピース保持面２６０は、導電性であり、導線２１２によって線量測定プロセッサ２１４に接続される。位置決めテーブル２０４の電気絶縁層２５８は、位置決めテーブル２０４の他の部分からワークピース２１０及びワークピース保持面２６０を絶縁する。ＧＣＩＢ２０２を衝突させることによってワークピース２１０で誘起された電荷は、測定のために、ワークピース２１０、ワークピース保持面２６０、及び導線２１２を通じて、線量測定プロセッサ２１４に導かれる。線量測定プロセッサ２１４は、ＧＣＩＢ処理の線量を決定するために、ＧＣＩＢ電流を統合するための統合手段を有する。特定の状況下において、電子フラッドと呼ばれることもある電子群のターゲット中和ソース（図示せず。）が、ＧＣＩＢ２０２を中和するために用いられてもよい。そのような場合、追加された電荷ソースにかかわらず、正確な線量測定を確実にするためにファラデーカップ（図示せず。）が用いられてもよい。

処理チャンバ１０８は、光学ウィンドウ２３０、２３２を含む。追加的な送信オプティクス２３６を有し得る光学的送信トランスデューサ２３４、及び、追加的な受信オプティクス２４０を有し得る光学的受信トランスデューサ２３８は、従来型の光学的計装システムを形成する。送信トランスデューサ２３４は、システムコントローラ２２８から電気ケーブル２４６を通じてやり取りされる制御用電気信号群を受信し且つ応答する。送信トランスデューサ２３４は、光学ウィンドウ２３０を通じて光学ビームをワークピース２１０の方に向ける。受信トランスデューサ２３８は、光学ウィンドウ２３２を通じてその光学ビームを検出する。受信トランスデューサ２３８は、電気ケーブル２４２を通じてシステムコントローラ２２８に測定信号を送信する。

その光学的計装システムは、ＧＣＩＢプロセシングの進展を追跡するための様々な異なる器具の任意のものを含み得る。例えば、その光学的計装システムは、ワークピース２１０上の上部フィルム層の厚みを測定し或いはマッピングするための分光偏光解析システムを構成してもよい。別の例として、その光学的計装システムは、そのワークピース表面上の層の厚みを測定し或いはマッピングするための散乱計を含んでいてもよい。システムコントローラ２２８の制御下で、Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２０４と共に操作することによって、その光学的計装システムは、ワークピース２１０の一以上の特性をマッピングすることができる。

ガスシリンダ１１２に加えて、ＧＣＩＢ処理装置２００は、例えば、酸素、窒素、二酸化炭素、酸化窒素、亜酸化窒素、他の酸素含有の凝縮性ガス、又は六フッ化硫黄である反応性ガス２５２を収容する第二ガスシリンダ２５０を有する。遮断弁２４６及び２４８は、ＧＣＩＢプロセシングのためにソースガス１１２又はソースガス２５２の何れかを選択すべく、システムコントローラ２２８により電気ケーブル２５４を通じて送信される信号群によって操作可能である。

線量測定プロセッサ２１４は、当該技術分野において公知である多くの従来型の線量制御回路の一つであってもよく、その制御システムの一部として、プログラム可能なコンピュータシステムの全部又は一部を含んでいてもよい。Ｘ−Ｙコントローラ２１６は、そのロジックの一部として、プログラム可能なコンピュータシステムの全部又は一部を含んでいてもよい。線量測定プロセッサ２１４は、そのロジックの一部として、プログラム可能なコンピュータシステムの全部又は一部を含んでいてもよい。Ｘ−Ｙコントローラ２１６及び線量測定プロセッサ２１４のそれらロジックの一部又は全部は、システムコントローラ２２８を含め、ＧＣＩＢ処理装置２００の他の部分をも制御する小型汎用コンピュータによって実行されてもよい。

作動中、線量測定プロセッサ２１４は、ＧＣＩＢ２０２でワークピース２１０を照射するために、ビームゲート２２２の開放を信号で伝える。線量測定プロセッサ２１４は、ワークピース２１０が受けた累積の線量を計算するために、ワークピース２１０が集めたＧＣＩＢ電流を測定する。ワークピース２１０が受けた線量が所定の所要線量に達した場合、線量測定プロセッサ２１４は、ビームゲート２２２を閉じ、ワークピース２１０の処理は終了する。

線量測定プロセッサ２１４は、電気ケーブル２２０によってシステムコントローラ２２８に電気的に結合される。ワークピース２１０の処理の間、その線量速度は、線量測定プロセッサ２１４によって、電気ケーブル２２０上を送信される電気信号群によりシステムコントローラ２２８に伝えられる。システムコントローラ２２８は、例えば、ＧＣＩＢビーム光束が実質的に一定であることを確認するために、或いは、そのＧＣＩＢビーム光束の変動を検出するために、それら電気信号群を分析する。Ｘ−Ｙコントローラ２１６は、電気ケーブル２２６上を送信される、システムコントローラ２２８からの電気信号群に応答する。Ｘ−Ｙコントローラ２１６は、実質的に均一な厚みのフィルムを提供するのに効果的な所望の局所的な厚みまで材料をエッチングし或いは材料を堆積させるための適切なビーム滞留時間をもたらす所定の速度に従った処理のために、ワークピース２１０の全ての部分を位置付けるべく、そのＸ−Ｙ位置決めテーブルを走査することができる。

代替的な方法として、ＧＣＩＢ２０２は、ワークピース２１０の表面に亘って固定パターンで一定の速度で走査され得るが、そのＧＣＩＢの強度は、そのサンプルに対して意図的に不均一な線量を供給するために、調節される（しばしばＺ軸変調と称される。）。そのＧＣＩＢ強度は、ＧＣＩＢソース源からのガス流を変えること、フィラメント電圧Ｖ_Ｆを変えること或いはアノード電圧Ｖ_Ａを変えることの何れかによってそのイオナイザーを調節すること、レンズ電圧Ｖ_Ｌ１及び／若しくはＶ_Ｌ２を変えることによってレンズ焦点を調節すること、又は、様々なビームブロック、調節可能シャッター、若しくは様々な開口によりそのガスクラスターイオンビームの一部を機械的にブロックすることを含む、様々な方法の任意のものによって、ＧＣＩＢ処理装置２００内で調節され得る。その調節の変動は、連続的なアナログ変動であってもよく、或いは、時間変調スイッチング又は時間変調ゲーティングであってもよい。

図２を参照すると、ガスクラスターイオンビーム装置２００、前処理計測ツール４２０、及び後処理計測ツール４４０は、互いに交信し且つホストサーバ４５０と交信するよう構成される。前処理計測ツール４２０及び後処理計測ツール４４０は、分光偏光解析法、散乱計、干渉分光法、蛍光Ｘ線、又は四探針法を用いるフィルム厚測定ツールであってもよい。図２で示される実施例では、前処理計測ツール４２０及び後処理計測ツール４４０は、ＧＣＩＢ処理装置２００の外（ex-situ）に位置付けられ、それは、その測定機器が真空容器１０２の外に位置付けられ且つＧＣＩＢ処理装置２００から分離されることを意味する。別の実施例では、前処理計測ツール４２０及び後処理計測ツール４４０は、現場（in-situ）に位置付けられ、そのために、ＧＣＩＢ処理装置２００での真空内測定を許容すべく真空容器１０２（図１）内に収容されてもよい。更に別の実施例では、前処理計測ツール４２０及び後処理計測ツール４４０は、真空容器１０２の外ではあるがそれでもなおＧＣＩＢ処理装置２００の一部と認識される現場（in-situ）に位置付けられてもよい。前処理計測ツール４２０及び後処理計測ツール４４０は、個別の装置であってもよく、或いは、良好に適合する場合には、それらは、同じ計測装置であってもよい。

前処理計測ツール４２０及び後処理計測ツール４４０は、ＳＥＣＳ／ＧＥＭ（SEMI Equipment Communications Standard/Generic Equipment Model）有線インタフェースのような有線インタフェースを通じてやり取りされる電気信号群によってＧＣＩＢ処理装置２００と交信可能である。ＳＥＣＳ／ＧＥＭ通信は、ホストサーバ４５０とＧＣＩＢ処理装置２００、前処理計測ツール４２０及び後処理計測ツール４４０、並びに他の半導体製造ツール又は装置（図示せず。）との間の有線プロトコルである。ＳＥＣＳは、メッセージの内容を記述する第６層プロトコルであり、一方、ＧＥＭは、それらメッセージ自身を定義するより高層のアプリケーションプロトコルである。或いは、ホストサーバ４５０、ＧＣＩＢ処理装置２００、前処理計測ツール４２０、及び後処理計測ツール４４０の間で電気信号群がやり取りされるところである有線インタフェースは、８ピンイーサネット（８Ｐ８Ｃ）若しくは２ピン（ＲＪ−１１）コネクタ、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インタフェース、又はＲＳ−２３２シリアルバイナリデータ接続のような、登録済みジャック（ＲＪ：Registered Jack）の標準化された物理的インタフェースであってもよい。

一実施例では、ＳＥＣＳ／ＧＥＭ通信は、ガスクラスターイオンビーム装置２００と前処理計測ツール４２０との間で、サーバ４５０を介して有線通信経路４１５及び４５５上を伝達される。別の実施例では、ＳＥＣＳ／ＧＥＭ通信は、ＧＣＩＢ処理装置２００と後処理計測ツール４４０との間で、サーバ４５０を介して有線通信経路４２５及び４５５を通じて伝達される。更に別の実施例では、前処理計測ツール４２０は、サーバ４５０を介して有線通信経路４１５及び４２５を通じて、後処理計測ツール４４０と交信する。

或いは、ＧＣＩＢ処理装置２００及び前処理計測ツール４２０、並びに、ＧＣＩＢ処理装置２００及び後処理計測ツール４４０は、それぞれのトランシーバインタフェースによって特徴付けられる短距離無線技術による接続４１０、４３０のそれぞれを用いた通信で結合されてもよい。一実施例において、無線通信４１０、４３０は、他の処理装置とのインタフェースを制限するための短距離無線技術による接続を含んでいてもよいが、本発明は、長距離無線接続が他の実施例で用いられるほどまで限定されることはない。ブルートゥース無線技術のような短距離無線技術は、２．４０２ギガヘルツ（ＧＨｚ）と２．４８０（ＧＨｚ）との間の周波数帯域で１０メートルまでの距離におけるデータ信号のやり取りを可能にする。ブルートゥースプロトコルは、Bluetooth Special Interest Group, Inc.によって２００１年２月２２日に公表された“Specification of the Bluetooth System: Core, Version 1.1,”に記載されている。旧バージョン又は新バージョンを含む、ブルートゥース標準の関連するバージョンもまた、無線接続４１０、４３０によってサポートされ得る。或いは、ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）のような短距離無線技術は、３．１ＧＨｚと１０．６ＧＨｚとの間の周波数帯域にわたる広範囲の周波数バンドにおけるデジタルデータの通信を可能にする。短距離無線技術の他の例には、認証ワイヤレスユニバーサルシリアルバス（Certified Wireless USB）、ＩＥＥＥ（the Institute of Electrical and Electronic Engineers:電気電子技術者協会）８０２．１１によって定義された通信、Ｗｉ−Ｆｉ（Wireless Fidelity）、及びＩＥＥＥ８０２．１６ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access suites of standards）がある。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂは、関連文書と共に１９９９年９月１６日に承認された“Local and Metropolitan Area Networks, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4 GHz Band”というタイトルのＩＥＥＥ標準８０２．１１ｂ−１９９９に対応する。ＩＥＥＥ８０２．１１ｇは、関連文書と共に２００３年６月２７日に承認された“Local and Metropolitan Area Networks, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specification, Amendment 4: Further Higher Rate Extension in the 2.4 GHz Band”というタイトルのＩＥＥＥ標準８０２．１１ｇ−２００３に対応する。

一実施例において、パラメータに関するデータは、不均一性を補正するために、計測ツール４２０、４４０とＧＣＩＢ処理装置２００との間でやり取りされる。この実施例によれば、フィルム厚マップ情報は、パラメータに関するデータのファイルとしてＧＣＩＢ処理装置２００に供給される。事前に測定されたビーム除去関数と、事前に測定された（ＧＣＩＢエネルギー及びクラスター種を含む）特定のＧＣＩＢパラメータセットに対するエッチ速度と線量との間の関係とを用いて、数学的アルゴリズムであり、その不均一なデータを取得し、その不均一なプロファイルに適合すべくビームスポットエッチングパターンを反転させ、そして、表面物質を選択的に除去すべく系統的なエラーレスポンスとしてビーム−線量等高線（beam-dose contour）を創出し、それによって、均一な厚みのフィルムを実現させる数学的アルゴリズムがその後に採用される。数学的アルゴリズムの選択のための多くの異なるアプローチが、この実施例において、成功裏に採用され得る。別の実施例では、そのビーム−線量等高線は、均一な厚みのフィルムを実現させるために、その表面上に系統的なエラーレスポンスとして追加的な材料を選択的に堆積させてもよい。

第一近似として、ビームプロファイルは、ビーム伝搬軸をその座標系のＺ軸として有する円筒座標におけるビーム２０２（図１）の任意の断面スライスに対するガウス関数である。そのビーム滞留時間における変動によってプロファイルする場合、実行されなければならないその数学的な反転及びデコンボリューションは、そのサンプルの応答関数が線量の変化に対して線形であるため、簡素化される。それ故に、そのビーム除去関数は、そのビーム強度プロファイルと本質的に同じ数学的関数的形状を有する。ビーム走査パターンを直接的に決定するビーム滞留時間マップは、オングストロームスケールの均一性が求められる場合には、系統的に変化するフィルムバッチのそれぞれに対して実装されなければならない。一旦ＧＣＩＢの仕様通りに処理されると、ワークピース（群）の均一性は、その場（in-situ）で或いは外（ex-situ）で検査され、そして、その処理は、終了させられ、或いは、必要に応じて改善される。

この実施例によると、図２で示されるようなＧＣＩＢ処理装置２００は、ＧＣＩＢ処理装置２００に対してその現場（in-situ）で或いは外（ex-situ）で確立されるような、不均一性マップデータからの直接的なフィードバックによるビーム走査プロファイルの制御のための設備を有する。また、その現場での測定方法は、最も時間効率の良い方法であり、繰り返される真空／大気の循環にワークピース２１０をさらすことなく反復を可能にするので、好適となり得る。

図３は、市販されているKLA-Tenchor Corporaiton製のモデルＵＶ−１２８０ＳＥ薄膜測定装置を用いて分光偏光解析法によって測定されるような薄いフィルム又は層を含む上部層を有するウエハのフィルム厚マップを示す。図３から明らかなように、ワークピース上の薄いフィルムの厚みは、位置の関数としてマッピングされ得る。

ワークピース２１０上の上部フィルム層の当初の厚みの不均一性は、ＧＣＩＢ装置２００の外（ex-site）で、分光偏光解析法又は他の適切な従来技術によって特徴付けられ得る。そのような技術は、図３で示されるような厚み等高線（或いはそれと同様のもの）に要約され得るポイント毎のフィルム厚マップを生成することができる。同様に、分光偏光解析法又は他の適切な従来型のフィルム厚マッピング技術を用いたその場均一性マッピング機器（in-situ uniformity-mapping instrument）は、プロファイル処理をガイドするためにＧＣＩＢ装置２００（図１）内に統合されてもよい。何れの場合においても、その不均一性の測定値は、正確なワークピース位置を伴う一連の厚みポイントとして標準的なコンピュータに保存され得る。分光偏光解析法のようなフィルム測定方法は、ワークピースの厚みにおける変動、下部のフィルム群の厚み、又は表面平坦性とは無関係に、上部フィルム層のみの厚みをマッピングするために用いられる。

図４は、調節されていないガスクラスターイオンビームのデータと平均化された後処理のパラメータに関するデータとに基づいて系統的なエラーレスポンスを創出する方法の一実施例を説明するフローチャートを示す。系統的なエラーレスポンスは、処理ツールの系統的な不均一性を補正するために用いられる。系統的な不均一性は、ガスクラスターイオンビームツールのような処理ツールにおける固有の変動の結果である。ブロック５００において、同じように位置付けられた上部フィルム層を有するウエハのような複数のワークピース２１０が集められる。一実施例では、それら複数のワークピース２１０は、蒸着処理ツールを用いて各ウエハの上面に均一に適用された薄いフィルムを有するウエハのカセットであってもよい。ブロック５１０において、それら複数のワークピース２１０は、調節されていないＧＣＩＢ２０２を用いて処理される。この実施例では、ワークピース２１０のそれぞれは、ワークピース２１０の上部層の全エリアが同等のクラスターイオンの適用線量を受けられるように、調節されていない態様で、一定のビーム強度及び一定の走査速度で、ＧＣＩＢ処理装置２００で処理される。

ブロック５２０において、後処理のパラメータに関するデータが、後処理計測ツールを用いて、複数のワークピース２１０から集められる。それら後処理のパラメータに関するデータは、誘電性フィルム厚の測定値、金属フィルム厚の測定値、レジストフィルム厚の測定値、抵抗率の測定値、表層汚れの測定値、表面粗さの測定値、又は他のパラメータに関するデータの集合であってもよい。ブロック５３０において、それら後処理のパラメータに関するデータは平均化される。ブロック５４０において、系統的な不均一性は、その平均化された後処理のパラメータに関するデータに基づいて特定される。ブロック５５０において、系統的なエラーレスポンスが、少なくとも部分的にそれら平均化された後処理のパラメータに関するデータに基づいて、導き出される。その系統的なエラーレスポンスは、少なくとも部分的に、そのガスクラスターイオンビームのエッチ速度又は堆積速度、処理されるワークピースに対する不均一性マップデータ、及び、ガスクラスターイオンビームの直径にわたるイオン濃度が特徴付けられるところのガスクラスターイオンビーム光束のプロファイルに基づいて、公式化され得る。

図５は、少なくとも部分的に系統的なエラーレスポンスに基づいて不均一性を補正する方法の一実施例を説明するフローチャートである。ブロック６００において、入ってくるパラメータに関するデータが、ワークピース２１０の上部層から集められる。それら入ってくるパラメータに関するデータは、分光偏光解析法、散乱計、干渉分光法、蛍光Ｘ線、又は四探針抵抗率測定のような技術を利用したフィルム厚測定ツールを用いて集められるデータであってもよい。それら入ってくるパラメータに関するデータは、ガスクラスターイオンビームツール２００によって処理されるワークピース２１０上で測定されてもよい。ブロック６１０において、不均一性は、それら入ってくるパラメータに関するデータにおいて特定される。ブロック６２０において、ＧＣＩＢ２０２は、ワークピース２１０の表面に向けられる。ブロック６３０において、ＧＣＩＢ２０２からの適用線量は、系統的な不均一性を補正するために、系統的なエラーレスポンスを用いて調節される。

調節は、ＧＣＩＢ２０２がその上部層を横切るときのＸ−Ｙ位置決めテーブル２０４の走査速度における変化を通じた、或いは、ＧＣＩＢ２０２の強度の変化を通じた、上部層に対する不均一な線量の適用を意味する。適用線量を調節するために、何れの方法が個別に或いは組み合わせで用いられてもよい。適用線量は、時間を掛けてワークピース２１０に衝突するＧＣＩＢ２０２からの物質の量の尺度である。ＧＣＩＢ２０２からの物質は、何らかの形でそのワークピースに統合され、或いは、ガス又は蒸気の形でそのワークピースから抜け出し得る。

その走査速度を変えるために、Ｘ−Ｙコントローラ２１６（図１）は、系統的な不均一性を補正すべく、また、均一な厚みのフィルムをもたらすべく、所望の厚みにまで物質をエッチングにより取り除き、或いは、所望の厚みにまで物質を蒸着させるための適切なビーム滞留時間をもたらす所定の速度に従った処理のために、ワークピース２１０の全ての部分を位置付けられるよう、Ｘ−Ｙ位置決めテーブル２０４を操作する。これは、ＧＣＩＢ２０２（図１）の適用線量を調節するための一実施例である。或いは、ビームは、その表面にわたって固定パターンにより一定速度で走査されるが、意図的に不均一な線量をそのサンプルに供給するため、そのＧＣＩＢ強度が調節される（しばしば、Ｚ軸変調と称される。）。これは、ＧＣＩＢ２０２の適用線量を調節するための別の実施例である。ＧＣＩＢ強度は、例えば、ＧＣＩＢソース源からのガス流を変えることによる方法、フィラメント電圧Ｖ_Ｆを変えること或いはアノード電圧Ｖ_Ａを変えることの何れかによってＧＣＩＢ処理装置２００のイオナイザーを調節することによる方法、ＧＣＩＢ処理装置２００におけるレンズ電圧Ｖ_Ｌ１及び／若しくはＶ_Ｌ２を変えることによってレンズ焦点を調節することによる方法、又は、様々なビームブロック、調節可能シャッター、若しくは様々な開口によりそのビームの一部を機械的にブロックすることによる方法を含むが、それらに限定されない方法のうちの何れか或いは様々な方法によって、調節され得る。その調節の変動は、連続的なアナログ変動であってもよく、或いは、時間変調スイッチング又は時間変調ゲーティングであってもよい。

入ってくるワークピースの上部層の不均一性、及び、ガスクラスターイオンビームツールのような処理ツールにおける固有の変動によって引き起こされる系統的な不均一性を含む不均一性を、ガスクラスターイオンビームを用いて補正するための複数の実施例が説明された。本発明の実施例に係る前述の説明は、説明目的のために提示されたものである。それは、網羅的となることや、開示されたまさにその形状に本発明を限定することを意図していない。この詳細な説明及び後続の請求項は、左、右、頂部、底部、上、下、上部、下部、第一、第二等の用語であり、便宜的に用いられるのみで限定的に解釈されるべきでない用語を含む。例えば、相対的な垂直位置を指定する用語は、基板又は集積回路の装置側（或いはアクティブ面）がその基板の“上”面とされる状況に言及する。その基板は、実際には、基板の“上”側が標準的な地球上の視点における“底”側よりも低いものとなり得るが、それでもなお、その用語“上”の意味に含まれるよう、任意の幾何学的配置となり得る。（請求項を含めて）本書で用いられる用語“上に”は、明示されない限り、第二層の“上に”ある第一層が直接的に且つ直にその第二層と接触していることを意味しない。第三層又は他の構造がその第一層とその第一層の上にあるその第二層との間に存在し得る。本書で説明された装置又は物の実施例は、様々な姿勢及び配置で、製造され、使用され、或いは、出荷され得る。

関連する技術分野における当業者は、上述の教示を踏まえて、多くの修正及び変更が可能であることを理解し得る。当業者は、図で示された様々な構成要素の様々な同等の組み合わせ及び代用品を認識する。それ故、本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろ本書に添付された特許請求の範囲によって限定されるものであるとされる。

Claims (20)

1. ガスクラスターイオンビームを用いてワークピースの上部層を変更する方法であって：
   前記ワークピースの上部層に関するパラメータのデータを集めるステップ；
   前記パラメータのデータにおける不均一性を特定するステップ；
   前記ワークピースの前記上部層に前記ガスクラスターイオンビームを向けるステップ；及び
   前記不均一性を補正するために、少なくとも部分的には系統的なエラーレスポンスと前記パラメータのデータとに基づいて、前記ワークピースの前記上部層における位置に応じて前記ガスクラスターイオンビームの適用線量を空間的に調節するステップ；
   を有する方法。
2. 前記不均一性は、前記ガスクラスターイオンビームが前記基板の前記上部層に向けられる前に前記基板の前記上部層で実行される処理によって形成される、
   請求項１の方法。
3. 前記パラメータのデータを集めるステップは、
   前記ガスクラスターイオンビームが前記ワークピースの前記上部層に向けられるところであるガスクラスターイオンビームツールの真空容器の外にある外部計測ツールを用いて前記パラメータのデータを集めるステップを更に有する、
   請求項１の方法。
4. 前記外部計測ツールは、分光偏光解析器、散乱計、干渉計、蛍光Ｘ線ツール、及び四探針ツールを含むグループから選択される、
   請求項３の方法。
5. 前記ガスクラスターイオンビームの適用線量を空間的に調節するステップは、
   少なくとも部分的には前記系統的なエラーオフセットによって決定される各位置での滞留時間を有する前記ガスクラスターイオンビームに対して第二のワークピースを動かすステップを更に有する、
   請求項１の方法。
6. ガスクラスターイオンビームを用いて系統的な不均一性を補正する方法であって：
   複数のワークピースのそれぞれに対する第一データセットを生成するステップ；
   上部層の全域で調節なしに前記クラスターイオンビームを走査するステップ；
   前記複数のワークピースのそれぞれに対する第二データセットを生成するステップ；
   前記複数のワークピースのそれぞれにおける第一データセットのパラメータと第二データセットのパラメータとを比較することにより生成されるパラメータに関するデータにおける系統的な不均一性を特定するステップ；
   別のワークピースの上部層の全域で前記ガスクラスターイオンビームを走査するステップ；及び
   前記系統的な不均一性を補正するために、前記別のワークピースの前記上部層における位置に応じて前記ガスクラスターイオンビームの適用線量を空間的に調節するステップ；
   を有する方法。
7. 調節なしに前記クラスターイオンビームを走査するステップは、
   前記系統的な不均一性を生じさせるために、前記別のワークピースの前記上部層を、前記ガスクラスターイオンビームにさらすステップを更に有する、
   請求項６の方法。
8. 前記第一データセットは、前記複数のワークピースからのガスクラスターイオンビーム処理前のデータを含み、前記第二データセットは、前記複数のワークピースからのガスクラスターイオンビーム処理後のデータを含む、
   請求項６の方法。
9. 前記第一データセット又は前記第二データセットの少なくとも一つは、外部計測ツールを用いて集められる、
   請求項６の方法。
10. 前記外部計測ツールは、分光偏光解析器、散乱計、干渉計、蛍光Ｘ線ツール、及び四探針ツールを含むグループから選択される、
    請求項９の方法。
11. 前記ガスクラスターイオンビームの適用線量を空間的に調節するステップは、
    少なくとも部分的には前記系統的なエラーオフセットによって決定される各位置での滞留時間を有する前記ガスクラスターイオンビームに対して第二のワークピースを動かすステップを更に有する、
    請求項６の方法。
12. 計測ツールと共に用いる処理システムであり、該計測ツールが、処理されたワークピースのそれぞれにおける上部層のパラメータをマッピングし、且つ、該マッピングされたパラメータを表すパラメータに関するデータを生成するよう構成されるところの、処理システムであって：
    ガスクラスターイオンビーム装置；及び
    前記ガスクラスターイオンビーム装置に連通して結合され、且つ、前記計測ツールに連通して結合されるよう適合されるコントローラであり、前記計測ツールから前記パラメータに関するデータを受信し、前記計測ツールから受信した前記パラメータに関するデータに基づく、前記ガスクラスターイオンビーム装置の操作のための制御信号を生成し、且つ、前記ガスクラスターイオンビーム装置に該制御信号を伝えるよう構成されるコントローラ；を有する、
    処理システム。
13. ガスクラスターイオンビーム装置は、真空容器、該真空容器内でガスクラスターイオンビームを生成するよう構成されるソース、及び、該真空容器にあるワークピースサポートを含む、
    請求項１２の処理システム。
14. 前記ワークピースサポートは、Ｘ−Ｙ位置決めテーブルを含む、
    請求項１３の処理システム。
15. 前記コントローラは、前記パラメータに関するデータにおける系統的な不均一性を特定し、前記ワークピースサポートによってサポートされるワークピースにおける位置に応じて前記ガスクラスターイオンビームの適用線量を空間的に調節するために、少なくとも部分的には該系統的な不均一性に基づいて前記制御信号を生成するよう構成される、
    請求項１３の処理システム。
16. 前記ガスクラスターイオンビーム装置は、
    複数の走査プレート；及び
    前記複数の走査プレートに電気的に結合される走査発電機であり、前記ワークピースサポートに対する前記ガスクラスターイオンビームの経路を変えるために前記複数の走査プレートに電圧を掛けるよう構成される走査発電機；を更に有する、
    請求項１３の処理システム。
17. 前記ソースは、反応性ソースである、
    請求項１３の処理システム。
18. 前記パラメータに関するデータは、ガスクラスターイオンビーム処理前のデータ又はガスクラスターイオンビーム処理後のデータの少なくとも一つを含む、
    請求項１３の処理システム。
19. 前記パラメータに関するデータは、フィルム厚データを含む、
    請求項１８の処理システム。
20. 前記コントローラは、第一の無線技術による接続によって前記ガスクラスターイオンビーム装置と交信し、随意的に、第二の無線技術による接続によって前記計測ツールと交信するよう構成される、
    請求項１２の処理システム。

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