JP2021502674A - 異方性パターンエッチングおよび処理のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】基板のエッチングおよび処理のために異方性イオンビームを提供する方法および装置が開示されている。一実施形態において、基板を処理するためのシステムは、チャンバと、チャックアセンブリと、イオン源と、グリッドシステムと、を備える。イオン源は、グリッドシステムを備えている。グリッドシステムは、チャンバおよびイオン源の両方に接続されており、イオンビームを形成するためにイオン源からイオンが抽出される際に通る複数の孔を備えている。複数の孔のサイズは、イオンビームのイオン密度も軸に沿って変化するように、軸に沿って変化する。複数の孔の密度は、イオンビームのイオン密度も軸に沿って変化するように、軸に沿って変化する。いくつかの実施形態において、１または複数のビームレットのエネルギは、ビームエネルギ密度を調整するために個別に規定されてよい。【選択図】図５Ａ

Description

本実施形態は、半導体製造チャンバでのエッチングを改善するための方法、システム、および、プログラムに関し、特に、高傾斜角エッチング処理でのイオンビームエッチングの均一性を改善するための方法、システム、および、コンピュータプログラムに関する。

半導体製造では、エッチング処理が、一般的に、繰り返し行われている。当業者に周知のとおり、エッチング処理には以下の２つのタイプがある：ウェットエッチングおよびドライエッチング。ドライエッチングの１つのタイプは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング装置を用いて実行されるプラズマエッチングである。

プラズマは、様々なタイプのラジカルならびに陽イオンおよび陰イオンを含む。様々なラジカル、陽イオン、および、陰イオンの化学反応が、基板のフィーチャ、表面、および、材料をエッチングするために用いられる。

望まれているのは、イオンビームの方向に対して大きく傾いた基板に対する均一なイオンビームエッチングである。実施形態は、この文脈に起因する。

基板に入射するイオンビームのイオンビーム密度の勾配を制御するための方法、デバイス、システム、および、コンピュータプログラムが提示されている。本実施形態は、方法、装置、システム、デバイス、または、コンピュータ読み取り可能な媒体に記録されているコンピュータプログラムなど、種々の形態で実施できることを理解されたい。以下に、いくつかの実施形態を記載する。

一実施形態において、基板を処理するためのシステムは、チャンバと、チャックアセンブリと、イオン源と、グリッドシステムと、を備える。チャックアセンブリは、基板支持体と、基板支持体を傾斜させるための傾斜アセンブリと、基板支持体を回転させるための回転アセンブリと、備える。イオン源は、基板支持体の方向に向けられており、プラズマが点火された時にイオンを生成するよう構成されている。グリッドシステムは、チャンバおよびイオン源の両方に接続されており、イオンビームを形成するためにイオン源からイオンが抽出される際に通る複数の孔を備える。複数の孔のサイズは、イオンビームのイオン密度も軸に沿って変化するように、軸に沿って変化する。

一実施形態において、基板を処理するためのシステムは、チャンバと、チャックアセンブリと、イオン源と、グリッドシステムと、を備える。チャックアセンブリは、基板支持体と、基板支持体を傾斜させるための傾斜アセンブリと、基板支持体を回転させるための回転アセンブリと、備える。イオン源は、基板支持体の方向に向けられており、プラズマが点火された時にイオンを生成するよう構成されている。グリッドシステムは、チャンバおよびイオン源の両方に接続されており、イオンビームを形成するためにイオン源からイオンが抽出される際に通る複数の孔を備える。複数孔の密度は、イオンビームのイオン密度も軸に沿って変化するように、軸に沿って変化する。

一実施形態において、基板を処理するためのシステムは、チャンバと、チャックアセンブリと、イオン源と、グリッドシステムと、を備える。チャックアセンブリは、基板支持体と、基板支持体を傾斜させるための傾斜アセンブリと、基板支持体を回転させるための回転アセンブリと、備える。イオン源は、基板支持体の方向に向けられており、プラズマが点火された時にイオンを生成するよう構成されている。グリッドシステムは、チャンバおよびイオン源の両方に接続されており、イオン源からイオンを抽出してイオンビームを形成するための孔の配列を備える。グリッドシステムは、イオンビームがチャンバ内へ方向付けられ基板支持体に向かうように配置される。グリッドシステムは、ｙ軸によって垂直に規定され、ｘ軸によって水平に規定されている。グリッドシステムは、平坦であってよい。さらに、グリッドシステムは、電圧について個別に規定可能であるまたは制御される複数の部分によって規定されている。結果として得られるイオンビームは、グリッドシステムの複数の部分のそれぞれの電圧によって規定されるビーム断面に関するエネルギ密度を有する。結果として、実施形態は、複数の部分のそれぞれの電圧を個別に制御することによって、ビーム断面に関する任意の数のエネルギ密度を規定できるよう想定される。

添付の図面を参照して行う以下の詳細な説明から、別の態様が明らかになる。

実施形態は、添付の図面に関連して行う以下の説明を参照することによって最も良好に理解できる。

一実施形態に従って、エッチング動作に利用されるプラズマ処理システムを示す概略断面図。

一実施形態に従って、動作中のチャンバを示す図。

一実施形態に従って、イオンビームエッチングのために構成されている基板ｗの様々なフィーチャを示す図。

一実施形態に従って、１８０°の回転の前後の基板ｗを示す図。

一実施形態に従って、等方性イオンビームを用いて、大きく傾斜された基板のイオンビームエッチングを行う様子を示す図。 一実施形態に従って、等方性イオンビームを用いて、大きく傾斜された基板のイオンビームエッチングを行う様子を示す図。

一実施形態に従って、異方性イオンビームを用いて、大きく傾斜された基板のイオンビームエッチングを行う様子を示す図。 一実施形態に従って、異方性イオンビームを用いて、大きく傾斜された基板のイオンビームエッチングを行う様子を示す図。

一実施形態に従って、本明細書に記載の様々な実施形態で利用できるグリッドシステムを示す断面図。

軸に沿ってイオン密度の勾配を有する異方性イオンビームの生成を可能にする異なる抽出孔密度を有する部分によって規定されたグリッドシステムの実施形態を示す図。 軸に沿ってイオン密度の勾配を有する異方性イオンビームの生成を可能にする異なる抽出孔密度を有する部分によって規定されたグリッドシステムの実施形態を示す図。 軸に沿ってイオン密度の勾配を有する異方性イオンビームの生成を可能にする異なる抽出孔密度を有する部分によって規定されたグリッドシステムの実施形態を示す図。

軸に沿ってイオン密度の勾配を有する異方性イオンビームの生成を可能にする異なる抽出孔サイズを有する部分によって規定されたグリッドシステムの実施形態を示す図。 軸に沿ってイオン密度の勾配を有する異方性イオンビームの生成を可能にする異なる抽出孔サイズを有する部分によって規定されたグリッドシステムの実施形態を示す図。 軸に沿ってイオン密度の勾配を有する異方性イオンビームの生成を可能にする異なる抽出孔サイズを有する部分によって規定されたグリッドシステムの実施形態を示す図。

１以上の軸に沿ってイオン密度の勾配を有する異方性イオンビームの生成を可能にする異なる電圧を供給される部分によって規定されたグリッドシステムの実施形態を示す図。 １以上の軸に沿ってイオン密度の勾配を有する異方性イオンビームの生成を可能にする異なる電圧を供給される部分によって規定されたグリッドシステムの実施形態を示す図。 １以上の軸に沿ってイオン密度の勾配を有する異方性イオンビームの生成を可能にする異なる電圧を供給される部分によって規定されたグリッドシステムの実施形態を示す図。 １以上の軸に沿ってイオン密度の勾配を有する異方性イオンビームの生成を可能にする異なる電圧を供給される部分によって規定されたグリッドシステムの実施形態を示す図。

イオン密度の勾配を有する異方性イオンビームを生成するために利用できる区分磁場を有する誘導結合プラズマイオン源のさらなる実施形態を示す図。

電圧について局所的に制御できる区分グリッドを有するイオン源を用いて、基板をイオンビームエッチングで処理する方法の全体フローを示す図。 電圧について局所的に制御できる区分グリッドを有するイオン源を用いて、基板をイオンビームエッチングで処理する方法の全体フローを示す図。

実施形態は、基板のイオンビームエッチングまたはミリングまたはスパッタリングのための異方性イオンビームを提供する。いくつかの実施形態において、異方性イオンビームは、傾けられた基板をエッチングするために用いられてよい。イオンビームエッチング中の高い基板傾斜は、側壁パターンエッチングと、抑制された垂直エッチングとを可能にする。例えば、高傾斜イオンビームエッチング（ＩＢＥ）構成では、エッチング角が、より水平方向（例えば、側壁）に向けられて、あまり垂直方向（例えば、パターンの高さ方向）へは向けられないので、基板の上部に蒸着されたフォトレジストのエッチングが抑制されうる。

いくつかの実施形態において、基板は、垂直エッチングに用いられる基板角度に対して１０〜８９°傾斜されてよい。すなわち、基板は、基板の平面に直交する軸がイオンビームの方向に対して１０〜８９°の角度になるように傾斜されてよい。イオンビームエッチング中の高傾斜構成の下、基板は、基板上の異なる位置で異なるイオン密度および／またはエネルギ密度を経験しうる。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源に近づくように傾斜された基板の領域は、ＩＣＰ源から離れるように傾斜された領域よりも高いイオン密度を経験しうる。

一般に、イオンビームのイオン密度（およびエネルギ密度）は、イオンビームの発散のために、ＩＣＰ源からの距離の関数として減少する。例えば、グリッドを用いるＩＣＰ源から抽出されたイオンは、完璧に平行な軌道をたどることはない。これにより、イオンビームの発散が起きる。さらに、グリッドによってプラズマ源から抽出された（陽）イオンは、それらの電荷が同じであるため、斥力を経験する傾向がある。これも、イオンビームの発散につながる。

イオンビームの発散の結果として、ＩＣＰ源に距離が近くなるように傾斜されたイオンビームエッチング中の傾斜基板の領域は、ＩＣＰイオン源から離れるように傾斜された領域よりも高いエネルギ密度を経験することになる。これは、エッチングにおける「位置バイアス」を生み出し、その時、ＩＣＰ源に近くなるように傾斜された基板の領域には、より高いイオンビームエネルギ密度（例えば、イオン密度および／またはイオンエネルギ）によって、より高いエッチング速度が提供される。

いくつかの実施形態において、基板は、エッチングの位置バイアスにより、エッチング速度の不均一性を補償するために回転されてよい。しかしながら、回転されても、エッチング速度の特定の非対称性が起こりうる。例えば、基板の中心に向いた側壁（例えば、垂直面）は、基板が連続的に回転されても、より小さいイオンビームエネルギ密度を一貫して経験する。逆に、基板の外周または周囲に向いた側壁は、基板が回転されても、より大きいイオンビームエネルギ密度を一貫して経験する。結果として、パターンの所与の側壁が基板の中心に向くか外周に向くかによって、エッチング速度の非対称性が存在する。側壁エッチング速度におけるこの非対称性は、外周または周囲に向いた側壁をバイアスする「方向バイアス」と呼んでもよい。方向バイアス（例えば、外周に向いた側壁のエッチングバイアス）は、基板に回転を提供しても明らかであるが、エッチングのいくらかの位置バイアスについては回転で制御できる。

外周向きバイアスは、基板の中心からの半径方向距離の関数としてより顕著になる。例えば、基板の中心からの半径方向距離が大きい領域は、基板の中心に近い領域よりも大きい外周向きバイアスを経験することになる。

本明細書に記載の実施形態は、後に詳細に論じるように、イオンビーム密度勾配に改善を与える結果として、一次元水平エッチングも可能にする。水平エッチング（例えば、平面基板のｘ軸およびｙ軸におけるエッチング）は、多くの理由で有利である。利点の１つは、基板の上部に蒸着されたフォトレジストまたはその他のマスキング層の高さを減少させることなく側壁などの垂直フィーチャをエッチングすることである。

一次元エッチングにおいては、例えば、基板のエッチングまたはミリングが、一度に１つの軸に沿ってのみなされる。例えば、基板は、最初に−ｙ方向にエッチングされてよい。次いで、基板を１８０°回転させた後に、基板は、＋ｙ方向にエッチングされてよい。一次元エッチングについて、側壁の方向によっては、エッチング速度のバイアスも明らかになる。すなわち、基板の中心線に向いた側壁（例えば、直線ｙ＝０に向いた側壁。ここで、基板の平面は、（０，０）を中心としてｘ軸およびｙ軸によって定義される）は、２つの側壁が、基板上の実質的に同じ位置にある場合でも、中心線から離れる方向を向いた側壁（例えば、直線ｙ＝±∞に向いた側壁）よりも低い速度でエッチングされる。これは、内向きの側壁（例えば、ｙ＝０に向いた側壁）が、高傾斜応用例では、外向きの側壁（例えば、ｙ＝±∞に向いたう側壁）よりもイオン源から一貫して遠い距離でエッチングされるからである。

本明細書に記載の実施形態は、イオンビームの断面の１以上の軸に沿って規定された制御可能なイオンビームエネルギ密度勾配を有する異方性イオンビームを提供する異方性イオンビーム構成のためのものである。本明細書で用いられているように、異方性イオンビームは、１以上の軸にわたって不均一または不均質なエネルギ密度を有するイオンビームである。異方性イオンビームは、前の処理工程の不均一性を補償するため、または、１以上の将来の工程で予測される不均一性を事前に阻止するために、基板において均一なイオンビームエネルギ密度を生み出すことによって、または、不均一なイオンビームエネルギ密度を生み出すことによって、基板にわたってイオンビームエッチングの均一性を改善するのに実施されることが想定される。

想定されるイオンビームエネルギ密度勾配は、イオンビームの断面の１以上の軸にわたってイオン密度および／またはイオンエネルギの勾配を規定することによって、制御されてよい。イオン密度および／またはイオンエネルギ（本明細書では、集合的にイオンビームエネルギ密度と呼ぶ）の勾配は、後述ずるグリッドシステムの実施形態を用いることによって制御されてよい。イオンビームエネルギ密度勾配を有する結果としての異方性イオンビームは、高傾斜イオンビームエッチング応用例で基板軸にわたるエッチング速度均一性を提供することができる。本明細書に記載の実施形態は、エッチングの位置バイアスおよび／または方向バイアスの両方を改善する。例えば、特定の実施形態は、連続的な基板回転を用いるおよび用いないイオンビームエッチングに対して、基板の中心に向いた側壁と、基板の外周に向いた側壁との間で、エッチング速度の対称性が高くなるように、方向バイアスを改善する。

一次元エッチング（基板は、連続的に回転されず、定期的に１８０°回転される）について、本明細書に記載の実施形態は、内向きの側壁よりも外向きの側壁に対してエッチングバイアスを改善する。換言すると、本明細書に記載の異方性イオンビームの実施形態は、連続的な基板回転を伴うイオンビームエッチング応用例および連続的な基板回転を伴わない一次元エッチングの応用例の両方を改善しうる。

イオンビームの異方性は、ｙ軸の一端に向かって大きくなり他端に向かって小さくなるイオンビームエネルギ密度の勾配を生み出すようにＩＣＰ源のグリッドのｙ軸（または任意に定義された軸）の関数としてイオンビーム密度を制御することによって、実施されうることが想定される。一実施形態において、勾配は、ｙが負の方向に行くほどイオンビーム密度が大きくなる（例えば、勾配がｙ軸に反比例する、または、ｙ座標が大きくなるほどエネルギ密度が小さくなる）ような勾配である。この実施形態において、ＩＣＰ源に近づくように傾斜された基板の領域は、ＩＣＰ源から離れるように傾斜された領域と同等のイオンビーム密度を経験することになる。したがって、基板のｙ軸にわたるエッチング速度の均一性が改善される。さらに、外周向きバイアスも、イオンビーム密度の勾配の結果として改善される。

以下の実施形態は、大きく傾斜された基板のイオンビームエッチングのためのイオンビーム密度の勾配を制御するための方法、デバイス、システム、および、コンピュータプログラムを記載する。本実施形態は、これらの具体的な詳細事項の一部またはすべてがなくとも実施可能であることが明らかである。また、本実施形態が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略した。

図１Ａは、一実施形態に従って、エッチング動作に利用されるプラズマ処理システムを示す概略断面図である。システムは、基板１１２を運ぶ搬送モジュール１１０と、ゲートバルブと、イオンビームチャンバ１１４と、を備える。基板１１２は、基板ロード１５４を通してチャンバに入り、基板１１２は、基板がイオンビームチャンバ１１４に入る時に水平位置にある。チャンバは、チャックアセンブリ１１５および傾斜アクチュエータ１３６を備える。チャックアセンブリ１１５は、基板支持体１１６を備える。いくつかの実施形態では、誘電体窓１０６も、チャンバに存在する（図示せず）。基板支持体１１６は、基板１１２を支持するための静電チャックであってよい。

アクチュエータ１３６は、基板が傾斜位置にある状態で基板の処理を実行するために、基板がロードされた後にチャックアセンブリを傾斜させる。上述のように、基板は、傾斜アクチュエータ１３６およびチャック１１５によって、イオンビームの方向に対して側壁の水平エッチングを行うためにほぼ９０°まで傾斜されてよい。すなわち、チャック１１５および基板支持体１１６は、ロード位置からほぼ１８０°傾斜されてよい。図１Ａには、回転機１１７も示されており、基板をその中心に関して回転させるために実装されてよい。

基板支持体に電力を提供するため、または、動作中に基板を冷却する液体または気体を提供するために、設備１０４が、チャックアセンブリに接続されている。イオン源空洞１３４が、基板を処理するためにプラズマを生成する。いくつかの実施形態において、内部ファラデーシールド（図示せず）が、イオンビームチャンバ１１４内部に配置される。いくつかの実施形態において、イオン源空洞１３４は、整合回路１０２に接続されているトランス結合プラズマ（ＴＣＰ）を備える。

さらに、バイアスＲＦ発生器１２０が示されており、これは、１以上の発生器から規定されうる。複数の発生器が提供される場合、異なる周波数を用いて、様々な同調特性を達成することができる。バイアス整合器１１８が、ＲＦ発生器１２０と、基板支持体１１６を規定するアセンブリの導体板との間に接続されている。基板支持体１１６は、基板のチャッキングおよびデチャッキングを可能にするために、静電電極も備える。概して、フィルタおよびＤＣクランプ電源が提供されうる。基板を基板支持体１１６から持ち上げるための他の制御システムが提供されてもよい。

ガス源１２８は、マニホルド１２２を通して混合できる複数のガス源を含む。ガス源は、１以上の反応ガス（本明細書では主ガスとも呼ばれる）と、１以上の調整ガスと、を含む。反応ガスは、エッチングに用いられる活性ガスであり、反応ガスは、基板上のエッチングに必要な種の供給源である。反応ガスの例は、Ｃｌ_２、ＨＢｒ、および、ＳＦ_６を含むが、その他の反応ガスも用いられてもよい。様々なタイプの動作（基板に対する処理動作、基板レス自動洗浄動作、および、その他の動作など）のために、チャンバに異なるガスを供給するための複数のガス供給部が提供されてよいことを理解されたい。

動作プラズマ処理中、真空圧制御、および、チャンバからのガス副生成物の除去を可能にするために、真空ポンプ１３０がイオンビームチャンバ１１４に接続されている。バルブ１２６が、チャンバに印加される真空吸引の量を制御するために、排気口１２４と真空ポンプ１３０との間に配置されている。図示していないが、１以上の真空装置もイオン源空洞１３４へ真空を提供する。

また、イオンビームチャンバ１１４は、約０．１ｍＴｏｒｒ（ｍＴ）〜約１ｍＴｏｒｒ（ｍＴ）の範囲の真空条件で動作する。イオン源空洞１３４は、約１ｍＴ〜約１０ｍＴの範囲の真空条件で動作してよいが、その他の仕様が用いられてもよい。すべてが具体的に図示されてはいないが、イオンビームチャンバ１１４は、通例、クリーンルームまたは製造施設に設置される時に、設備に接続される。設備は、処理ガス、真空、温度制御、および、環境粒子制御を提供する配管を備える。

プログラム可能なコントローラ１０８が、イオンビームチャンバ１１４およびその関連構成要素の動作を制御するために提供されている。概して、コントローラ１０８は、レシピによって規定されたチャンバ動作を実行するようプログラムできる。所与のレシピが、ＴＣＰコイルへの電力の印加、チャンバへのガスの流量、および、真空の印加など、動作のための様々なパラメータを指定してよい。タイミング、持続期間、大きさ、もしくは、任意のその他の調節可能パラメータまたは制御可能な特性が、イオンビームチャンバ１１４およびその関連構成要素の動作を制御するために、レシピによって規定され、コントローラによって実行されうることを理解されたい。さらに、一連のレシピが、コントローラ１０８へプログラムされてもよい。

図１Ｂは、一実施形態に従って、動作中のチャンバを示す。一実施形態において、基板１１２は、基板支持体１１６へロードされ、基板がロードされた後、位置アクチュエータが、基板支持体１１６を１００°〜１７９°回転させて、プラズマが点火される前に基板支持体１１６および基板１１２を傾斜位置に配置する。傾斜位置は、１０°からほぼ９０°の間であってよい角度θによって規定されている。いくつかの実施形態において、傾斜角θは、約８５°である。イオン源空洞１３４は、チャンバの側面に垂直の向きで配置される。

図２は、高傾斜イオンビームエッチング処理に利用できる基板２００の様々なフィーチャを示す。基板２００は、円形ウエハとして図示されているが、その他の形状も、本明細書で提供する方法およびシステムに適合する。基板２００は、ｘ軸およびｙ軸によって規定され、基板２００の中心２０２は、基板軸のＸ＝０およびｙ＝０に規定されている。基板軸に加えて、基板２００の平面のｘ軸およびｙ軸も規定されている。基板が「デフォルト」位置にある時、基板２００のｙ軸は、平面のｙ軸と同じ方向である。したがって、基板２００のこの向きは、デフォルト位置（すなわち、ｙ＝０°の向き）と呼ばれてよい。基板２００がその中心の周りに１８０°回転されると、基板２００は、回転位置にある（すなわち、基板２００のｙ軸が、基板２００の存在する平面のｙ軸に対して１８０°である）と言ってよい。すなわち、回転位置は、ｙ＝−１８０°またはｙ＝＋１８０°の向きである。

参考のため、基板は、「上部」および「下部」を備える。上部２０６は、極座標で（φ＝０，ｒ＝ｒ）の基板２００の座標に関連付けられている点または領域を指し、基板の下部２０８は、（φ＝１８０°，ｒ＝ｒ）の座標に関連付けられている。基板２００のさらなる特徴は、半径２１０および外周２０４を含む。半径２１０は、約２０ｍｍ〜約１０００ｍｍの間、または、約１００ｍｍ〜約２５０ｍｍの間、であってよい。

図２は、基板２００が第１パターン２０１および第２パターン２０３を備えることを示している。第１パターン２０１は、中心向きエッジ２０１ａおよび外周向きエッジ２０１ｂを有することが示されている。本明細書で用いられているように、エッジとは、垂直エッチングによって形成されている側壁、または、基板２００の平面と平行ではない任意の平面、を意味しうる。第２パターン２０３も、中心向きエッジ２０３ａおよび外周向きエッジ２０３ｂを有することが示されている。図２は、基板２００の断面図も示している。

図３は、１８０°の回転の前後の基板ｗを示す。非回転位置において、基板のＹ軸は、平面の二次元空間のｙ軸と同一線上にある（Ｙ＝０°）。また、非回転位置において、平面の二次元空間内で、基板上部２０６は、（０，＋ｒ）の座標を有し、基板下部は、（０，−ｒ）の座標を有する。

回転位置において、基板は、基板のＹ軸が平面の二次元空間の−ｙ方向を指す（Ｙ＝１８０°）ように、その中心の周りに１８０°回転されている。さらに、基板が回転されると、基板上部は、平面の二次元空間内の座標（０，−ｒ）と関連付けられ、基板下部は、平面の二次元空間内の座標（０、＋ｒ）と関連付けられている。

図４は、一実施形態に従って、高傾斜応用例中の基板４００のイオンビームエッチング処理を示す図である。基板４００は、基板支持体４０２およびチャック４０６によって所定位置に保持される。チャック４０６は、後の１８０°回転のための回転軸４０４を有することが図示されている。図の実施形態において、基板４００は、非回転位置にあり、イオンビームエッチング工程中（例えば、約０．１秒以下から約１００秒以上の間）、非回転位置（例えば、Ｙ＝０°）で所定位置に保持される。

基板４００は、例示の目的で、おおよそ４５°の傾斜角θに傾斜された様子が示されている。上述のように、基板は、８５°まで、そして、８５°を超えて傾斜されうることが想定される。

図４は、イオンビーム４２４のためにプラズマ４１６および関連イオンを生成する誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源４０８を示す。ＩＣＰイオン源４０８は、石英またはアルミナなどで形成されているチャンバ４１０と、静電シールド４１２と、ＲＦ場を生成するための高周波（ＲＦ）コイルアンテナ４１４と、を備える。ガス４２０がチャンバに供給され、ＲＦコイルアンテナ４１４のＲＦ場の磁場に暴露され、磁場は、ガス原子をイオン化するのに十分なガス内の電子を励起することにより、プラズマ４１６を生成および維持する。いくつかの実施形態において、ガス４２０は、希ガス（Ａｒ、Ｘｅ、Ｎｅ、または、Ｋｒなど）、もしくは、その他のガスを含んでよい。

また、ＩＣＰイオン源４０８は、イオンビーム４２４を生成するために、プラズマ４１６からイオンを抽出して所定のエネルギおよび方向でイオンを推進する役割を担うグリッド４１８を備えることが図示されている。イオンビーム４２４は、イオンビームチャンバ１１４に入って基板支持体４０２および基板４００に向かうように方向付けられることが示されている。グリッド４１８は、イオンビーム４２４の生成のために所定の孔パターンおよび電圧を有する２または３またはそれより多くの部子のグリッドを含んでよい。グリッド４１８の個々の孔は、イオンビーム４２４を形成するために、他のイオンビームレットとコリメートされた個々のイオンビームレットを生成する。個々のイオンビームレットは、単位時間あたりに孔を通過するイオンの数を指すビームレット電流によって特徴付けられうる。個々のビームレットは、ビームレットエネルギ密度によっても特徴付けられ、これは、単位面積あたりのビームレットによって運ばれるエネルギの量を指す。

発散４２２（縮尺通りではない）が、イオンビーム４２４と関連付けられている様子が図示されている。上述のように、発散４２２は、個々のイオン軌道の間および個々のビームレットの間の不完全なコリメーションと、イオンビーム４２４内のイオンが経験した斥力とを表しうる。図４Ａに示す実施形態において、イオンビーム４２４は、等方性イオンビームである。すなわち、イオンビーム４２４は、イオンビーム４２４の断面のどの方向でも、イオンビームエネルギ密度が大きく変化しない。イオンビーム４２４のこの等方性は、グリッド４１８から出て基板４００に向かう矢印が等間隔かつ均一な密度であることによって示されている。

イオンビーム４２４は、およそ（９０°−傾斜角θ）に等しい入射角で基板４００の表面と接触する様子が示されている。傾斜角θが約８５°まで増大されると、いくつかの実施形態で当てはまりうるように、基板４００上のイオンビームの入射角は、約５°に近くなる。さらなる実施形態において、入射角は、９０°に近づいてもよい。

再び、ＩＣＰイオン源４０８およびグリッド４１８によって生成されたイオンビーム４２４は、イオンビーム断面にわたってほぼ等方性である様子が示されている。したがって、イオンビームの等方性は、イオンビームの等方性のイオン密度およびイオンビームの等方性のイオンエネルギ密度の両方によって規定されうる。しかしながら、発散４２２により、基板４００の様々な領域が経験するイオン密度は、ＩＣＰイオン源４０８からの距離に依存する。例えば、ＩＣＰイオン源４０８に近づくように傾斜された領域４０１は、ＩＣＰイオン源４０８から離れるように傾斜された領域４０３よりも大きいイオンビームエネルギ密度を経験する。曲線４２６は、基板４００のＹ座標と、経験されるイオン密度との間の近似的関係を示す。領域４０１（例えば、ＩＣＰイオン源４０８に近い領域）へのイオン密度バイアスは、傾斜角θが９０°に近づくように増大されるにつれて、さらにいっそう顕著になる。

基板４００上への不均一なイオンビームエネルギ密度の結果として、基板４００の不均一なエッチング速度が発生する。例えば、領域４０１は、領域４０３よりも大きい速度でエッチングされる。

拡大図４３２および３３４は、それぞれ、基板４００の領域４０３および領域４０１での水平エッチングに関してイオンビームエネルギ密度を示している。矢印の数または密度が、領域４０１および４０３に局所的に入射するイオンビームのエネルギ密度を表すために用いられている。拡大図４３２は、ＩＣＰ源４０８から離れるように傾斜された領域４０３内のフィーチャ４３０を示す。フィーチャ４３０は、中心向き側壁４０３ａおよび外周向き側壁４３０ｂを備えることが図示されている。拡大図４３４は、中心向き側壁４２８ａおよび外周向き側壁４２８ｂを備えたフィーチャ４２８を有するＩＣＰ源４０８に近づくように傾斜された領域４０１の図である。

基板４００のイオンビームエッチング（回転なし）の間、フィーチャ４３０は、ＩＣＰ源４０８から離れるように傾斜された領域４０３にあるので、比較的小さいイオンビームエネルギ密度４２４ｂを経験する様子が示されている。逆に、フィーチャ４２８は、ＩＣＰイオン源４０８に近づくように傾斜された領域４０１にあるので、比較的大きいイオンビームエネルギ密度４２４ａを経験する様子が示されている。基板４００の回転なしでのイオンビームエッチング中、ＩＣＰイオン源４０８の方を向いた側壁はエッチングされるが、ＩＣＰイオン源４０８の方を向いていない側壁はその時エッチングされていないことに注意されたい。例えば、フィーチャ４３０の中心向き側壁４３０ａがエッチングされており、その時、フィーチャ４２８の外周向き側壁４２８ｂがイオンビーム４２４によってエッチングされている。外周向き側壁４３０ｂおよび中心向き側壁４２８ａは、この工程ではエッチングされず、基板４００を回転させた後に後続の工程でエッチングされてよい。

図４Ｂは、基板が１８０°回転された（例えば、Ｙ＝１８０°）後のイオンビームエッチング中の図４Ａの基板を示す。イオンビームは、１８０°の回転中に遮断または抑制されることが想定される。結果として、＋ｙ方向および−ｙ方向のエッチングだけが実行される。領域４０１は、図４ＢにおいてはＩＣＰイオン源４０８から離れるように傾斜された様子が示されているが、図４Ａにおいては、領域４０１がＩＣＰイオン源４０８に近づくように傾斜されている様子が示されていた。同様に、領域４０３は、図４ＢにおいてはＩＣＰイオン源４０８に近づくように傾斜された様子が示されているが、図４Ａにおいては、領域４０３がＩＣＰイオン源４０８から離れるように傾斜されている様子が示されていた。結果として、回転前に比較的大きいイオンビームエネルギ密度を経験していた領域４０１のフィーチャは、回転後には、比較的小さいイオンビームエネルギ密度を経験する。同様に、回転前に比較的小さいイオンビーム密度を経験していた領域４０３のフィーチャは、回転後には、比較的大きいイオンビーム密度を経験する。

したがって、基板４００の回転は、様々なＹ座標を有する領域で経験されるイオンビームエネルギ密度をより均一に分散させうる（例えば、位置バイアスエッチング速度を改善する）。例えば、領域４０１が経験する平均イオンビームエネルギ密度は、基板４００を回転させることによって、領域４０３が経験する平均イオンビームエネルギ密度と同等にされうる。これは、回転前および回転後のエッチングに関連付けられている時間の量がおおよそ同じであることを前提とする。

しかし、回転を伴うイオンビームエッチングは、エッチング速度の方向バイアスを必ずしも改善しない場合がある。例えば、回転を行っても、特定の側壁が基板４００の中心（または基板の中心線）に向くのか、または、基板４００の外周（または直線ｙ＝±∞）に向くのか、に依存する水平エッチングについては、平均イオンビームエネルギ密度（または総イオン束）にバイアスが存在する。

例えば、拡大図４３４は、１８０°の方向および０°の初期方向に回転された領域４０１を示す。０°の方向では（例えば、回転前には）、フィーチャ４２８は、より多くの破線矢印で示した比較的大きいイオンビームエネルギ密度４２４ａを外周向き側壁４２８ｂで経験した。回転後、フィーチャ４２８は、少ない数の実線矢印で表す比較的小さいイオンエネルギビーム密度４２４ｂを中心向き側壁４２８ａで経験する。

拡大図４３２は、１８０°の以前の方向から０°の方向へ回転された領域４０１を示す。図４Ａに示したように（例えば、回転前には）、フィーチャ４２８は、中心向き側壁４３０ａで比較的小さいイオンビームエネルギ密度４２４ｂを経験した（比較的少ない破線矢印）。回転後、フィーチャ４３０は、外周向き側壁で比較的大きいイオンビーム密度４２４ａを経験する（比較的多い実線矢印）。

結果として、領域４０１および４０３の両方が、基板４００の回転後に、同等の平均イオンビーム密度（または総イオン束）を経験するようにされうるが、イオンビームエネルギ密度（または総イオン束）は、異なる方向を向いた側壁の間で均一に分布しない。すなわち、フィーチャの中心向き側壁は、外周向き側壁よりも、イオンビームから一貫して小さいイオンビームエネルギ密度（または総イオン束）を経験する。イオンビームエネルギ密度のこの方向バイアスは、中心向き側壁よりも外周向き側壁にエッチングおよびエッチング速度の方向バイアスを引き起こす。方向バイアスは、基板外周に近いフィーチャに対してより顕著であり、基板の中心に近いフィーチャに対してはあまり顕著になりえない。

図５Ａは、ｙ軸に沿って規定されたイオンビームエネルギ密度勾配を有する異方性イオンビーム５０４を用いた基板５００のイオンビームエッチングを示す。イオンビームエネルギ密度の勾配は、矢印の密度で表されている。密度の高い間隔の矢印を有するイオンビーム５０４の領域は、より高いイオンビームエネルギ密度を示し、密度の低い間隔の矢印を有する領域は、より低いイオンビームエネルギ密度を示す。

例えば、異方性イオンビーム５０４は、グリッド５０２によって実現され、負のｙ方向に向かってより高いエネルギ密度を有し、正のｙ方向に向かってより低いエネルギ密度を有する。結果として、基板５００によって経験されるイオンビームエネルギ密度は、その表面に沿って均一になる。曲線５０６は、グリッド５０２が達成できる基板５００のｙ軸にわたるイオンビームエネルギ密度の目標均一性を示す。したがって、例えば、ＩＣＰイオン源４０８に近づくように傾斜された（例えば、０°に向けられている）領域５０１が、ＩＣＰイオン源４０８から離れるように傾斜された（例えば、１８０°に向けられている）領域５０３と同等のイオンビーム密度を経験する。

拡大図５１０は、領域５０３内のフィーチャ５１４を示す。拡大図５１２は、領域５０１内のフィーチャ５１６を示す。フィーチャ５１４の中心向き側壁５１４ａおよびフィーチャ５１６の外周向き側壁５１６ｂによって経験されるイオンビームエネルギ密度は、フィーチャ５１４がフィーチャ５１６よりもＩＣＰイオン源４０８から離れているにもかかわらず、同等であることが図示されている。

図５Ｂは、基板５００が１８０°回転された後に異方性イオンビーム５０４で処理されている図５Ａの基板５００を示す。上述のように、特定の実施形態は、回転中にイオンビームエッチングを行わなくてよい。すなわち、イオンビームエッチングは、基板が非回転位置（例えば、Ｙ＝０°）または回転位置（例えば、Ｙ＝１８０°）のいずれかにある時にのみ行われる。結果として、いくつかの実施形態において、イオンビームエッチングは、＋ｙまたは−ｙ方向で行われる。

基板５００が１８０°回転された後、領域５０１は、１８０°に向けられ、領域５０３は、０°に向けられている。拡大図５１２は、回転前の０°位置でイオンビームによって最初に処理され、回転後に１８０°位置で処理される領域５０１のフィーチャ５１４を示す。再び、フィーチャ５１４の中心向き側壁５１４ａによって経験されるイオンビームエネルギ密度は、フィーチャ５１６の外周向き側壁５１６ｂによって経験されるイオンビームエネルギ密度と同等であることが図示されている。したがって、平均イオンビームエネルギ密度（または総イオン束）は、ＩＣＰイオン源４０８に近くまたは遠くに向かって傾斜された基板５００上の複数の位置の間でも均一にされる。これは、エッチングの位置バイアスの改善を示す。

さらに、フィーチャ５１４は、回転前に外周向き側壁５１４ｂで経験した（波線）のと同等なイオンビームエネルギ密度（実線）を中心向き側壁５１４ａ上で経験することが図示されている。同様に、拡大図５１０のフィーチャ５１６は、中心向き側壁５１６ａで経験した（破線）のと同等なイオンビーム密度（実線）を外周向き側壁５１６ｂ上で経験することが図示されている。結果として、等方性イオンビームエッチングによって図４Ｂで見られた外周向き側壁に対するイオンビーム密度のバイアスはもはや存在しない。これは、エッチングの方向バイアスの改善を示す。フィーチャ５１４および５１５は、典型であり、例示の目的で示されており、縮尺通りに描かれていないことに注意されたい。さらに、エッチングに向けて基板５００上には任意の数のフィーチャが存在してよい。

図６は、ＩＣＰイオン源からイオンを抽出して推進することでイオンビームを生成するために利用できるグリッドの一例６００の断面図を示す。グリッド６００は、スクリーン６０４部分と、加速器６０６部分と、減速器６０８部分と、を備えることが図示されている。スクリーン６０４（シールドとしても知られる）は、接地に対して正の電位Ｖ_Ｂに設定され、加速器６０６は、負の電位Ｖ_Ａに設定され、減速器６０８は、接地電位に設定される。スクリーン６０４の電圧Ｖ_Ｂは、一般に、イオンビームエネルギを決定する。

グリッド６００は、さらに、複数の孔を備えており、孔６０２が図示されている。陽イオンが、グリッド６００の孔６０２を通してプラズマから抽出され、加速器６０６によって加速され、その後、減速器６０８によって減速される。孔６０２を通して抽出されたイオンの最終的なエネルギは、スクリーン６０４の電圧Ｖ_Ｂに近くなる。

例えば、ｙ軸などの軸にわたって変化するエネルギ密度勾配を有する異方性イオンビームの生成を支援するのに、複数の改良グリッドが想定される。図７Ａ〜Ｃ、図８Ａ〜Ｃ、および、図９Ａ〜Ｄに示す特定の実施形態は、イオンビームの断面内で変化するエネルギ勾配を有する異方性イオンビームを生成できる。

例えば、図７Ａは、第１部分７０２および第２部分７０４を有するグリッド７００を示しており、ここで、第１部分７０２は、第２部分７０４よりも低い孔密度に関連している。孔密度とは、グリッドに規定された単位面積あたりの孔の数のことである。孔密度は、関連するグラフにおいてグリッドのｙ座標によって決まることが図示されている。また、図７Ａ〜図７Ｃの実施形態によれば、孔サイズは一定であるが、孔密度は変化する。さらに、孔密度は、グリッドの幅にわたって一定であることが図示されている。幅は、ｙ軸にわたって変化し、グリッドが存在する平面を規定する。したがって、ｙ軸に沿ってまたはｙ方向に孔密度を変化させることは、グリッドの幅がｙ軸に沿って変化することを意味すると理解される。

いくつかの実施形態によれば、孔密度と、孔を通して抽出される結果としてのイオンビームエネルギ密度との間には正の相関がある。いくつかの実施形態において、孔密度を増大させることは、結果として得られるイオンビームのイオン密度をそれに応じて増大させると想定される。結果として、グリッド７００は、負のｙ方向により大きいイオン密度を有し、正のｙ方向により小さいイオン密度を有する異方性イオンビームを生成する。

図７Ｂでは、グリッド７０６が、第１部分７０８、第２部分７１０、および、第３部分７１２を有することが図示されている。第３部分７１２の孔密度は第２部分７１０の孔密度よりも大きく、同様に、第２部分７１０は第１部分７１２の孔密度よりも大きいことが示されている。グリッド７０６によって生成される結果としてのイオンビームは、ｙがより正方向に大きくなるにつれて減少するイオン密度を有することが想定される。例えば、第１部分７０８によって生み出されるイオン密度は第２部分７１０よりも低く、同様に、第２部分７１０の密度は部分７１２よりも小さい。上述のように、他のパラメータ（孔サイズなど）が同等のままである場合、孔密度とイオンビーム密度との間には正の相関がある。

図７Ｃでは、グリッド７１４が、ｎ個の部分を有することが図示されている。各部分は、異なる孔密度によって規定されてよい。ｎは、２から約１００以上までの間でありうることが想定される。グリッドの孔密度およびｙ軸の間に想定される関係性をグラフ７１６に示す。例えば、孔密度は、ｙが正方向に大きくなるにつれて線形的に減少しうることが想定される。別の実施形態において、孔密度は、ｙが正方向に大きくなるにつれて、対数的、指数関数的、または、Ｓ字状に減少してもよい。別の実施形態において、ｙ軸に沿った孔密度勾配は、最適化技術と、結果としての異方性イオンビームの調整とに基づいて決定され、図７Ｃに示されていない関係性を有してもよい。さらに、ｙ軸に関する正確な孔密度勾配は、基板のサイズおよび基板の傾斜角によって決まる。例えば、基板のより大きい傾斜を伴うイオンビームエッチング応用例のために、より顕著な孔サイズ勾配が用いられてもよい。様々な実施形態において、孔密度は、１０^−３孔／ｍｍ^２未満から約１０^３孔／ｍｍ^２超の間の範囲であってよい。また、図７Ａ、図７Ｂ、または、図７Ｃのいずれも、縮尺通りに描かれていないことに注意されたい。

図８Ａ〜図８Ｃに示す実施形態によれば、孔密度は一定に保たれるが、孔サイズはｙ軸方向で変化する。様々な実施形態において、孔サイズと、結果として得られるイオンビーム密度との間には正の相関がある。例えば、より大きい抽出孔は、大きいビームレット電流に関連し、それにより、高いイオン密度につながる。結果として、他のパラメータが同等のままであれば、より大きい抽出孔を有するグリッドの領域が、より小さい抽出孔を有するグリッドの領域よりも高いイオンビーム密度を生み出す。図８Ａは、第２部分８０２よりも小さい孔を備えた第１部分８０２を有するグリッド８００を示す。グリッド８００は、第１部分８０２と比べて第２部分８０４の孔サイズが大きいことにより、イオンビームの下半分でイオン密度が高く、イオンビームの上半分でイオン密度が低いイオンビームを生成する。

図８Ｂは、第１部分８０８、第２部分８１０、および、第３部分８１２を有するグリッド８０６を示す。孔密度は、３つの部分にわたって一定であることが図示されている。しかしながら、第１部分８０８は、部分８１０よりも小さい孔サイズによって規定されていることが図示されており、同様に、部分８１０は、第３部分８１２よりも小さい孔サイズによって規定されていることが図示されている。結果として、グリッド８０６によって生成されたイオンビームは、中央の３分の１よりも低いイオン密度を持つ上部の３分の１を有し、同様に、中央の３分の１は、下部の３分の１よりも低いイオン密度を持つ。したがって、グリッド８０６によって抽出されたイオンビームは、ｙ方向のイオン密度が異方性であり、ｙ方向にイオンビームエネルギ密度勾配を有する。

図８Ｃは、図８Ａおよび図８Ｂで適用された原理の拡張であるグリッド８１４を示す。グリッド８１４は、図に示すように、ｙ軸に沿ってｎ個の部分に分割されている。様々な実施形態に応じて、ｎは、２から約１００以上の間でありうることが想定される。いくつかの実施形態において、ｎは、１０４よりも大きくてよい。ｎ個の部分の内の各部分は、ｙ座標が大きくなるにつれて孔サイズが小さくなるように、異なる孔サイズによって規定されてよい。様々な実施形態において、大きくなるｙ座標に対する小さくなる孔サイズの関係性は、線形的な減少、指数関数的な減少、対数的な減少、または、Ｓ字状の減少によって表されうる。実際的には、孔サイズとｙ座標との間の関係性は、多くの要因に依存し、グラフ８１６に示した関係性の１つに従わなくてもよい。上述のように、異方性イオンビームの目標勾配は、基板の傾斜、基板のサイズ、プラズマ源、および、様々なエッチングパラメータを含む様々な要因によって決まる。

図８Ａ〜図８Ｃのいずれも、縮尺通りに描かれていないことに注意されたい。その代わり、図８Ａ〜図８Ｃは、イオンビームエッチング中にイオンを抽出および加速するためのグリッドのｙ軸に沿って孔サイズを変えることがどのように異方性イオンビームを可能にするのかを示す例示目的で描かれている。また、グリッド８００、８０６、および、８１４の各々が、互いにスタックされている２または３の別個のグリッドを含んでもよいことにも注意されたい。例えば、上述のグリッドの各々は、例えば、電圧Ｖ_Ｂのスクリーングリッド、電圧Ｖ_Ａの加速器グリッド、および、接地電位の減速器グリッドを含むと解釈される。各グリッドは、いくつかの実施形態において、孔位置、孔サイズ、および、孔密度の点で同じ孔プロファイルを共有する。

図７Ａ〜図７Ｃは、孔サイズが一定で孔密度が変化する例を示し、図８Ａ〜図８Ｃは、孔サイズが変化して孔密度が一定である例を示しているが、局所的に規定されたイオンビームエネルギを有する所望のイオンビームエネルギ密度を生み出すために、様々な孔密度および様々な孔サイズを併用しうることも想定される。例えば、いくつかの実施形態において、グリッドは、ｙが増大するにつれて減少する孔サイズおよび孔密度を有してよいが、孔サイズまたは孔密度の減少率または減少方法は異なってもよい。

図９Ａ〜図９Ｄは、エネルギ密度が異方性のイオンビームを可能にし得る異なる電圧を供給される複数の部分を有するグリッドを示す。例えば、グリッド９００は、電圧Ｖ_０の第１部分９０２、電圧Ｖ_１の第２部分９０４、および、電圧Ｖ_２の第３部分９０６を備えることが図示されている。グリッド９００のスクリーングリッド（図６を参照）の電圧を操作することによって、隣接するプラズマから抽出されるイオンに関連付けられているエネルギが制御されうることが想定される。上述のように、スクリーングリッドに供給される電圧は、ビームエネルギに比例する。スクリーングリッドの電圧がグリッドの特定の領域で増大されると、結果として得られるビームエネルギが増大される。スクリーングリッド電圧を低下させると、それに対応して、ビームエネルギが低下する。

ここで、結果としてのイオンビームエネルギ密度勾配を制御するために電圧の局所操作を可能にする区分グリッドと共に、複数のイオン源が用いられることが想定される。いくつかの実施形態において、区分グリッドは、以前および／または将来の処理工程によって引き起こされる基板フィーチャの不均一性を補正するために用いられてよい。結果として、本明細書に記載の区分グリッドは、より均一に処理（エッチング）された基板が得られるように、以前または将来の不均一な加工処理に対抗するかまたは事前に阻止するために、基板上に不均一なエッチングを意図的に引き起こすよう調整されてよい。結果として、基板にわたってより均一なエッチングを提供するグリッドに加えて、基板に不均一なエッチングを提供するグリッドが、本明細書で想定される。本明細書で想定されるいくつかののグリッド（図９Ａ〜９Ｄ）は、両方を行うことが可能にされている。すなわち、電圧について局所的に制御可能な区分グリッドが、例えば、或る処理工程で基板の平面にわたって不均一なエッチングを提供し、異なる工程で基板の平面にわたって均一なエッチングを提供することを可能にされている。これは、本明細書に記載の区分グリッドが、区分グリッドの各部分の電圧を操作する機能により、工程の間でエネルギ密度に対して異なる断面プロファイルを有するイオンビームを供給することを可能にされるからである。

不均一性は、基板に対する処理の位置バイアスおよび／または方向バイアス、ならびに、処理装置に関連付けられているその他のバイアスに起因しうる。さらに、不均一性は、蒸着、除去またはエッチングまたはミリングまたはスパッタリング、パターニング、もしくは、その他の基板処理動作に関連付けられている処理に起因しうる。

以前の処理工程に起因する以前の不均一性について、不均一性を補償するために用いられるイオンビームエネルギ密度の断面プロファイルを決定するために、不均一性が測定および／または計算されうることが想定される。かかる実施形態において、結果として得られるイオンビームエネルギ密度勾配は、不均一に処理された基板をより均一にする。

別の実施形態において、本明細書に記載の区分グリッドは、将来の不均一な処理工程を事前に補償するために、基板にわたって不均一なエッチング速度を意図的に生み出すよう調整されてもよい。これらの実施形態において、将来の不均一な処理工程を前もって補償するために用いられるイオンビームエネルギ密度の断面プロファイルを決定するために、将来の不均一性が予測されてよい。かかる実施形態において、結果として得られるイオンビームエネルギ密度勾配は、より均一に処理された基板を生み出すように将来の不均一な処理に合わせて不均一にエッチングされた基板を「意図的に」形成するように規定されている。

したがって、第１部分９０２は、第２部分９０４より低い電圧を有し、同様に、第２部分９０４の電圧は、第３部分９０６よりも低いことが想定される（Ｖ_０＜Ｖ_１＜Ｖ_２）。結果として得られるイオンビームは、ｙ方向のビームエネルギが異方性である。具体的には、結果として得られるイオンビームの断面は、イオンエネルギの低い（例えば、イオンの移動が遅い）上部の３分の１と、イオンエネルギの高い（例えば、イオンの移動が速い）下部の３分の１と、中間のイオンエネルギ（中間のイオン速度）を有する中央の３分の１と、を有する。結果として、グリッド（グリッド９００など）は、より均一なエッチング速度を傾斜した基板に提供しうるｙ方向のイオンエネルギ勾配を有する異方性イオンエネルギを供給できる。３つの部分９０２、９０４、および、９０６の各々は、互いに電気的に絶縁されてよいことに注意されたい。

図９Ｂは、図９Ａに示した原理の拡張であるグリッド９０８を示す。グリッド９０８は、ｎ個の部分を備え、各部分は、異なる電圧を供給されてよい。上述のように、操作される電圧は、スクリーン電圧Ｖ_Ｂであってよい。しかしながら、別の実施形態において、加速器および減速器の電圧が、スクリーン電圧に加えてまたはその代わりに操作されてもよい。図９Ｂにおいて、各部分の電圧は、ｙ座標が増大するにつれて減少するように想定される。すなわち、Ｖ_１は、Ｖ_２より低く（高くなく）、Ｖ_２は、Ｖ_３よりも低く、Ｖ_３は、Ｖ_ｎ−１より低く、Ｖ_ｎ−１は、Ｖ_ｎより低い。ｎは、２から約１０００超までの間でありうることが想定される。電圧とｙ軸との間の関係性は、多くの要因で決まる。いくつかの実施形態において、ｙ座標の減少に伴う電圧の増大は、非線形であってよい。別の実施形態において、ｙ軸に対する電圧の増大は、線形または準線形であってもよい。

図９Ｃは、半径方向に規定された部分９１２、９１４、および、９１６を有するグリッド９１０の一実施形態を示す。半径方向に規定された部分９１２、９１４、および、９１６の各々は、Ｖ_０、Ｖ_１、および、Ｖ_２に対して異なる電圧を有してよい。グリッド９１０によって形成される結果としてのイオンビームは、半径方向に規定されたエネルギ勾配を有してよい。例えば、Ｖ_０＞Ｖ_１＞Ｖ_２である場合、結果として得られるイオンビームは、半径方向距離が増大するにつれてバイアスされる（例えば、減少する）イオンエネルギの勾配を有する。例えば、部分９１２に由来するイオンビームの一部は、部分９０１６に由来するイオンビームの一部よりも大きいエネルギを有する。一方で、グリッド９１０に対してＶ_０＜Ｖ_１＜Ｖ_２である場合、結果として得られるイオンビームは、グリッド９１０の外周に向かってバイアスされたイオン密度の勾配を有する。イオンビームエネルギ密度の半径方向に規定されたエネルギ勾配を生成できるグリッド（グリッド９１０など）は、傾斜された基板および傾斜されていない基板のイオンビームエッチング応用例の両方で有用でありうる。

図９Ｄは、ｎ個の部分のアレイを備えたグリッド９１８を示す。各部分は、ｘ軸およびｙ軸の一方または両方において電圧勾配が提供されるように、電圧について独立制御されてよい。グリッド９１８は、さらに、グリッドの電圧がどのように制御されると想定されるのかを示す。ｘおよびｙにおいて細かく制御可能であるエネルギ勾配を備えた異方性イオンビームを生成するために、任意の特定の領域に対する電圧が局所的に制御されうることが想定される。様々な実施形態に応じて、部分の数ｎは、２から約１０６以上の間であることが想定される。

いくつかの実施形態において、部分の数ｎは、各孔が別個に規定可能な電圧（例えば、スクリーン電圧）を有しうるように、抽出孔の数に等しくてよいことが想定される。結果として、各抽出孔からの励起された各イオンビームレットのビームレットエネルギは、個別に規定されうる。

異なる電圧を有する異なる部分によって規定されたグリッドの利用は、異なる孔サイズおよび／または異なる孔密度を有する部分と共に実施されうることも想定される。例えば、グリッド９０８は、電圧Ｖ_ｎによって規定された部分が電圧Ｖ_ｎ−１などによって規定された部分よりも大きい抽出孔サイズおよび／または大きい孔密度に関連するように実施されてよい。大きい孔サイズおよび／または大きい孔密度は、プラズマ内に存在する所与のイオンがスクリーンを横切るのに許容可能な軌道を有する可能性を高めるために、Ｖ_ｎのより高い電圧を補完しうる。

図７Ａ〜図７Ｃ、図８Ａ〜図８Ｃ、および、図９Ａ〜図９Ｄに示したグリッドの実施形態は、平坦であり、ｙ軸によって垂直に規定され、ｘ軸によって水平に規定されていると想定される。いくつかの実施形態において、これらのグリッドの部分は、グリッドシステムの幅にわたって水平に伸びるように規定されてよい。

図１０は、エネルギ密度の勾配を有する異方性イオンビームを生成するために利用できる磁場部分Ｂ１、Ｂ２、および、Ｂ３によって提供される区分磁場を有する誘導結合プラズマイオン源のさらなる実施形態を示す。磁場部分Ｂ１、Ｂ２、および、Ｂ３は、磁気部分によって局所的に規定された磁場を生成するトロイダルまたは半トロイダル磁場の一部であってよい。磁場部分は、イオン源のプラズマチャンバ内、プラズマチャンバの壁の内側、または、プラズマチャンバの外側に配置されてよい。一実施形態において、磁場部分Ｂ１、Ｂ２、および、Ｂ３は、プラズマチャンバの背面に向かって配置されてよい。

結果として得られる磁場は、正のｙ方向よりも負のｙ方向で大きい。結果として、生成されるプラズマは、正のｙ方向よりも負のｙ方向で大きい電子密度を有しうる。プラズマは、負のｙ方向で高い電子密度に維持されるので、結果として得られるイオンビームは、同様に、正のｙ方向よりも負のｙ方向で大きいエネルギ密度を有する。結果として、負のｙ方向で高いエネルギ密度を有し、正のｙ方向で低い密度を有する異方性イオンビームが生成されうる。Ｂ１、Ｂ２、および、Ｂ３によって生成される区分磁場は、例えばイオン源の負のｙ方向に向かって、イオン源内で局所的に磁場を強化するためのＲＦコイルアンテナに加えて実施されてよい。

区分磁場は、結果として得られるイオンビームエネルギ密度勾配を操作するために、誘導結合プラズマイオン源のプラズマによって経験される磁場を局所的に変えるのに利用されうることが想定される。区分磁場は、イオン源空洞の特定の領域が、イオン源空洞のその他の領域と比べてその特定の領域において大きい電離度を生み出すために、より大きい磁場強度を経験するように、配置または構成されてよい。結果として、イオン源は、結果として得られるイオンビームのエネルギ密度勾配を制御できるように磁場強度を局所的に操作するために、区分磁場で調整されうることが想定される。

図１１Ａは、基板の均一なエッチングを達成するために電圧を局所的に制御できる区分グリッドを利用する方法の全体フローを示す。方法は、基板の１以上の以前の処理動作に関連付けられている基板処理の不均一性を決定するための動作１１００を備える。以前の処理動作は、蒸着工程、エッチング工程、または、パターニング工程、もしくは、その他の基板処理工程の内の１以上を含んでよい。方法は、不均一性の測定、不均一性の計算、または、不均一性の以前の測定の参照を図るものである。

基板処理の決定された不均一性に応じて、方法は、決定された不均一性を補償するイオンビーム断面エネルギ勾配を計算する動作１１１０を実行する。例えば、より高い均一性を達成するために、断面の１領域が別の領域よりも大きいエネルギ密度によって規定されるように、イオンビームがその断面にわたってエネルギ勾配を有すると判定されてよい。方法の動作１１２０は、所望のイオンビームエネルギ密度勾配を達成する区分グリッドのための電圧勾配仕様を計算する。次いで、方法は、動作１１３０へ進み、この動作は、イオンビームエネルギ密度勾配を備えたイオンビームを生成するために計算された電圧勾配仕様をイオン源の区分グリッドに供給するよう機能する。

電圧勾配は、特定の所望の電圧に対して個々に規定できる複数の部分を有する区分グリッドによって可能になる。結果として、イオンビームエッチングのための任意の数のエネルギ密度勾配が、本明細書に提示した方法およびシステムによって可能にされうる。上述のように、特定の実施形態において、区分グリッド上の孔と同じ数の電圧規定部分が存在してよい。それらの実施形態において、区分グリッド上の各孔のためのどのビームレットも、ビームレットエネルギについて個々に規定可能であってよい。これらの実施形態において、すべての部分が、１つのイオン抽出孔を有することが好ましく、その孔から、結果として得られるビームレットが、特定の部分の電圧を規定することによってエネルギを個々に規定されうる。結果として、本明細書に提示される方法およびシステムは、ビームエネルギ密度勾配を個々のビームレットに至るまで制御することを可能にされるように想定されている。

動作１１４０において、不均一性を有する基板は、動作１１４０のイオンビームを受けて、それにより、以前の工程からの決定された基板の不均一性を補償するかまたはそれに適合させる。したがって、図１１Ａに示す方法は、検出または計算された不均一性に基づいて、基板の均一性を達成することができる。

図１１Ｂは、将来の処理工程について基板処理の将来の不均一性を予測し、将来の処理工程の不均一性を補償するかまたはそれに整合するように、現在の工程のためのイオン密度勾配を前もって調整することができる方法の全体フローである。方法は、基板の１以上の将来の処理動作に関連付けられている基板処理工程の不均一性を予測するための動作１１５０を備える。不均一であると予測される基板処理工程は、蒸着、ドライまたはウェットエッチング、ミリング、スパッタリング、パターニング、リソグラフィ、インプランテーションなどのための工程であってよい。本明細書に提示される方法およびシステムは、上述した処理のいずれかに起因する不均一性を補償、予防、または、整合することを可能にされるように想定されている。予測動作は、以前のシーケンスからの不均一性のデータを参照してもよいし、処理工程のシーケンスに基づいて、発生の予測される不均一性のタイプおよび程度をリアルタイムに予測してもよい。再び、本明細書に記載の方法およびシステムは、基板上のフィーチャの位置バイアスおよび／または方向バイアスに起因する不均一性に対処するよう想定される。

次の工程において、動作１１６０は、予測された不均一性を補償、整合、対抗、または、予防するイオンビーム断面エネルギ勾配を計算し、動作１１７０は、区分グリッドの電圧部分の各々に対して用いられる電圧勾配仕様を計算する。次の動作（動作１１８０）は、電圧勾配を生成するために、動作１１７０で計算された電圧勾配に基づいて区分グリッドの電圧部分の各々に指定の電圧を供給する。イオンビームは、動作１１６０の仕様に対応するエネルギ密度勾配を断面にわたって有する。次いで、動作１１８０は、基板を指定のイオンビームに暴露させる。これらの実施形態において、基板は、将来の不均一な処理を予防するために、意図的に不均一にされたイオンビームエッチングを受けてよい。結果として、本明細書に記載の方法およびシステムは、均一なエッチングを提供することに加えて、過去および／または将来の不均一な処理工程に対抗するための特定の不均一なエッチングに利用されうる様々なエネルギ密度勾配を有する微調整されたイオンビームを生成することが可能である。上述のように、図９Ａ〜図９Ｄに示したような単一の区分グリッドは、区分グリッドの個別に電圧制御される部分があることで、これらの様々な不均一および均一なエッチング工程を達成できる。

図１ａおよび図１Ｂに示したような処理シーケンスにおける反応物質の供給、プラズマ処理、および、その他の処理を制御するためのコンピュータプログラムは、任意の従来のコンピュータ読み取り可能プログラミング言語、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートランなどで書くことができる。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトが、プラグラム内に特定されたタスクを実行するために、プロセッサによって実行される。

制御モジュールパラメータは、例えば、フィルタ圧力差、処理ガスの組成および流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦ電力レベルおよび低周波ＲＦ周波数など）、冷却ガス圧、ならびに、チャンバ壁の温度などの処理条件に関連付けられている。

システムソフトウェアは、多くの異なる方法で設計または構成されうる。例えば、本発明の蒸着処理を実行するのに必要なチャンバ構成要素の動作を制御するために、様々なチャンバ構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれてよい。このためのプログラムまたはプログラムセクションの例は、基板配置コード、処理ガス制御コード、圧力制御コード、ヒータ制御コード、および、プラズマ制御コードを含む。

上述の実施形態を念頭に置いて、本実施形態は、コンピュータシステムに格納されているデータを含め、コンピュータに実装された様々な動作を利用できることを理解されたい。これらの動作は、物理量の物理操作を必要とするものである。本実施形態の一部を形成する本明細書で説明した動作はいずれも、有用な機械動作である。本実施形態は、さらに、これらの動作を実行するためのデバイスまたは装置に関する。装置は、専用コンピュータなど、必要とされる目的向けに特別に構築されてよい。専用コンピュータとして規定された場合、コンピュータは、特殊目的に含まれない他の処理、プログラム実行、または、ルーチンも実行しつつ、特殊目的のために動作することができる。あるいは、動作は、コンピュータメモリ、キャッシュに格納されているまたはネットワークを介して取得された１または複数のコンピュータプログラムによって選択的にアクティベートまたは構成されている汎用コンピュータで処理されてもよい。データがネットワークを介して取得されると、そのデータは、ネットワーク（例えば、コンピューティングリソースのクラウド）上の他のコンピュータによって処理されてもよい。

１または複数実施形態は、コンピュータ読み取り可能な媒体上にコンピュータ読み取り可能なコードとして製造されてもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータシステムによって読み出し可能であるようにデータを格納できる任意のデータ記憶装置である。コンピュータ読み取り可能な媒体の例としては、ハードドライブ、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、および、その他の光学および非光学式のデータ記憶装置が挙げられる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータ読み取り可能なコードが分散的に格納および実行されるように、ネットワーク接続されているコンピュータシステム上に分散されているコンピュータ読み取り可能な有形の媒体を含みうる。

方法の動作は特定の順番で記載されているが、オーバーレイ動作の処理が望ましく実行される限りは、他のハウスキーピング動作が動作の合間に実行されてもよいし、動作が若干異なる時間に実行されるように調整されてもよいし、処理に関連した様々な間隔で処理動作が起きることを許容するシステムに分散されてもよいことを理解されたい。

理解を深めるために、本実施形態について、ある程度詳しく説明したが、開示した実施形態の範囲内でいくらかの変更および変形を行ってもよいことは明らかである。本発明の処理、システム、および、装置を実施する多くの他の方法が存在することに注意されたい。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、実施形態は、本明細書に示した詳細に限定されない。

Claims (22)

1. 基板を処理するためのシステムであって、
   チャンバと、
   前記チャンバ内に配置されているチャックアセンブリであって、
   基板支持体と、
   前記基板支持体を傾斜させるための傾斜アセンブリと、
   前記基板支持体を回転させるための回転アセンブリと、備える、チャックアセンブリと、
   前記チャンバに接続され、前記チャックアセンブリの前記基板支持体の方向に向けられているイオン源であって、プラズマが点火された時にイオンを生成するよう構成されている、イオン源と、
   一方の側で前記チャンバと接続され、他方の側で前記イオン源と接続されているグリッドシステム、とを備え前記グリッドシステムは、前記イオン源からイオンを抽出してイオンビームを形成するための孔の配列を備え、前記グリッドシステムは、前記イオンビームが前記チャンバ内へ方向付けられ前記基板支持体に向かうように配置され、前記グリッドシステムの前記孔の配列は、ｙ軸によって垂直に規定され、ｘ軸によって水平に規定されており、前記孔の配列は、前記ｙ軸において垂直に規定されたエネルギ密度勾配を前記イオンビームに持たせるように前記ｙ軸において垂直方向に変化する孔サイズによって規定されている、システム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、前記孔の配列は、さらに、前記イオンビームが、水平方向に変化しないエネルギ密度によって特徴付けられるように、前記ｘ軸において水平方向に変化しない孔サイズによって規定されている、システム。
3. 請求項１に記載のシステムであって、前記孔の配列の前記孔サイズは、ｙ座標が正方向に大きくなるにつれて減少するエネルギ密度によって前記イオンビームが特徴付けられるように、前記ｙ座標が正方向に大きくなるにつれて減少するように規定されている、システム。
4. 請求項１に記載のシステムであって、前記グリッドシステムは、前記グリッドシステムの幅にわたって水平に伸びる複数の部分によって規定され、前記複数の部分は、前記グリッドシステムを垂直方向に分割し、各部分は、各部分内の複数の孔のための孔サイズを規定する、システム。
5. 請求項４に記載のシステムであって、前記グリッドシステムは、第１部分および第２部分によって規定され、前記第１部分は、前記第２部分よりも前記ｙ軸の正の方向にあり、前記第１部分は、複数の第１孔を規定し、前記第２部分は、複数の第２孔を規定し、前記複数の第２孔は、前記複数の第１孔よりもサイズが大きく規定されている、システム。
6. 請求項４に記載のシステムであって、前記複数の部分は、前記複数の部分の各々に関連付けられているｙ座標が正方向に大きくなるにつれて減少するそれぞれの孔サイズを規定する、システム。
7. 請求項１に記載のシステムであって、前記基板支持体は、前記基板支持体の第１領域が前記基板支持体の第２領域よりも前記グリッドシステムに近くなるように傾斜され、前記基板支持体の前記第１領域および前記第２領域は、垂直方向に変化する孔サイズによって規定されている前記孔の配列によって少なくとも部分的に引き起こされる前記イオンビームの同等のエネルギ密度を経験する、システム。
8. 請求項１に記載のシステムであって、前記イオン源は、さらに、前記プラズマが、負のｙ方向におけるより高い電子密度および正のｙ方向におけるより低い電子密度によって特徴付けられるように、磁場勾配を引き起こす区分磁気システムを備える、システム。
9. 基板を処理するためのシステムであって、
   チャンバと、
   前記チャンバ内に配置されているチャックアセンブリであって、
   基板支持体と、
   前記基板支持体を傾斜させるための傾斜アセンブリと、
   前記基板支持体を回転させるための回転アセンブリと、備える、チャックアセンブリと、
   前記チャンバに接続され、前記チャックアセンブリの前記基板支持体の方向に向けられているイオン源であって、プラズマが点火された時にイオンを生成するよう構成されている、イオン源と、
   一方の側で前記チャンバと接続され、他方の側で前記イオン源と接続されているグリッドシステムとを備え、前記グリッドシステムは、前記イオン源からイオンを抽出してイオンビームを形成するための孔の配列を備え、前記グリッドシステムは、前記イオンビームが前記チャンバ内へ方向付けられ前記基板支持体に向かうように配置され、前記グリッドシステムの前記孔の配列は、ｙ軸によって垂直に規定され、ｘ軸によって水平に規定されており、前記孔の配列は、前記ｙ軸において垂直に規定されたエネルギ密度勾配を前記イオンビームに持たせるように前記ｙ軸において垂直方向で変化する孔密度によって規定されている、システム。
10. 請求項９に記載のシステムであって、前記孔の配列は、さらに、前記イオンビームが、水平方向に変化しないエネルギ密度によって特徴付けられるように、前記ｘ軸において水平方向で変化しない孔密度によって規定されている、システム。
11. 請求項９に記載のシステムであって、前記孔の配列の前記孔密度は、ｙ座標が正方向に大きくなるにつれて減少するエネルギ密度によって前記イオンビームが特徴付けられるように、前記ｙ座標が正方向に大きくなるにつれて減少するように規定されている、システム。
12. 請求項９に記載のシステムであって、前記グリッドシステムは、前記グリッドシステムの幅にわたって水平に伸びる複数の部分によって規定され、前記複数の部分は、前記グリッドシステムを垂直方向で分割し、各部分は、各部分内の複数の孔のための孔密度を規定する、システム。
13. 請求項１２に記載のシステムであって、前記グリッドシステムは、第１部分および第２部分によって規定され、前記第１部分は、前記第２部分よりも前記ｙ軸の正の方向にあり、前記第１部分は、複数の第１孔を規定し、前記第２部分は、複数の第２孔を規定し、前記複数の第２孔は、前記複数の第１孔よりも高い密度を前記グリッドシステムにおいて有するように規定されている、システム。
14. 請求項１２に記載のシステムであって、前記複数の部分は、前記複数の部分の各々に関連付けられているｙ座標が正方向に大きくなるにつれて減少するそれぞれの孔密度を規定する、システム。
15. 請求項９に記載のシステムであって、前記基板支持体は、前記基板支持体の第１領域が前記基板支持体の第２領域よりも前記グリッドシステムに近くなるように傾斜され、前記基板支持体の前記第１領域および前記第２領域は、垂直方向に変化する孔密度によって規定されている前記孔の配列によって少なくとも部分的に引き起こされる前記イオンビームの同等のエネルギ密度を経験する、システム。
16. 請求項９に記載のシステムであって、前記イオン源は、さらに、前記プラズマが、負のｙ方向におけるより高い電子密度および正のｙ方向におけるより低い電子密度によって特徴付けられるように、磁場勾配を引き起こす区分磁気システムを備える、システム。
17. 基板を処理するためのシステムであって、
    チャンバと、
    前記チャンバ内に配置されているチャックアセンブリであって、
    基板支持体と、
    前記基板支持体を傾斜させるための傾斜アセンブリと、
    前記基板支持体を回転させるための回転アセンブリと、備える、チャックアセンブリと、
    前記チャンバに接続され、前記チャックアセンブリの前記基板支持体の方向に向けられているイオン源であって、プラズマが点火された時にイオンを生成するよう構成されている、イオン源と、
    一方の側で前記チャンバと接続され、他方の側で前記イオン源と接続されているグリッドシステムとを備え、前記グリッドシステムは、前記イオン源からイオンを抽出してイオンビームを形成するための孔の配列を備え、前記グリッドシステムは、前記イオンビームが前記チャンバ内へ方向付けられ前記基板支持体に向かうように配置され、前記グリッドシステムは、電圧について個別に制御される複数の部分によって規定され、前記イオンビームのエネルギ密度が、前記グリッドシステムの前記複数の部分のそれぞれの電圧によって規定されている、システム。
18. 請求項１７に記載のシステムであって、前記グリッドシステムは、ｙ軸によって垂直に規定され、ｘ軸によって水平に規定されており、前記複数の部分の前記それぞれの電圧は、前記グリッドシステムのために電圧勾配が生成されるように、前記部分の各々に関連付けられているｙ座標が増大するにつれて低くされ、前記グリッドシステムの前記電圧勾配は、さらに、前記ｙ座標が増大するにつれて、前記イオンビームの前記エネルギ密度を減少させる、システム。
19. 請求項１８に記載のシステムであって、前記基板支持体は、前記基板支持体の第１領域が前記基板支持体の第２領域よりも前記グリッドシステムに近くなるように傾斜され、前記基板支持体の前記第１領域および前記第２領域は、前記グリッドシステムの電圧勾配によって少なくとも部分的に引き起こされる前記イオンビームの同等のエネルギ密度を経験する、システム。
20. 請求項１７に記載のシステムであって、前記複数の部分の各々のための前記それぞれの電圧は、リアルタイムで個別に制御される、システム。
21. 請求項１７に記載のシステムであって、前記グリッドシステムは、前記孔の配列の各孔が電圧について個別に規定可能になるように、前記各孔が前記複数の部分の個々の部分に関連付けられているように構成されている、システム。
22. 請求項２１に記載のシステムであって、各孔は、それぞれのビームレットに関連付けられており、各それぞれのビームレットは、ビームレットエネルギについて個別に規定可能である、システム。