JP2024507450A - 温度制御され／電気的にバイアスをかけられるウエハ周辺 - Google Patents

Abstract

均一なやり方でワークピースをエッチングするためのシステム及び方法が開示される。該システムは、リボンイオンビームを生成する半導体処理システム、及びリボンイオンビームを通してワークピースを走査するワークピースホルダを含む。ワークピースホルダは、ハローと呼ばれる、ワークピースを越えて延在する部分を含む。ハローは、エッチング速度の不均一性を補償するために独立して加熱され得る。幾つかの実施形態では、ハローが、その電位がワークピースに印加される電位とは異なるように独立してバイアスをかけられ得る。特定の複数の実施形態では、ハローが、別々に制御され得る複数の熱ゾーンに分割され得る。このやり方では、様々なエッチング速度の不均一性が、ハローの様々な熱の電位及び／又は温度を制御することによって対処され得る。【選択図】図１

Description

本出願は、２０２１年２月４日に出願された米国特許出願第17/167,416号の優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に援用される。

本開示の実施形態は、エッチング速度の均一性を改善するためのシステム及び方法に関し、特に、リボンイオンビームを通して走査されるワークピースのエッチング速度の均一性を改善するためのシステム及び方法に関する。

イオンビームは、シリコン基板などのワークピースの中にドーパントを注入し、ワークピースの材料をエッチングし、又はワークピースをアモルファス化するために使用され得る。これらのイオンビームは、所望の種のイオンを生成するイオン源を含む半導体処理システムを使用して生成され得る。特定の複数の実施形態では、これらのイオンが、複数の構成要素によって抽出され、操作される。複数の構成要素は、所望の種を選択し、イオンをワークピースに向けて誘導する。他の複数の実施形態では、イオン源がワークピースに近接して位置付けられ、イオンはイオン源からワークピースに向けて引き寄せられる。

幾つかの実施態様では、様々なパラメータの均一性を厳密に制御する必要があるだろう。例えば、特定の複数の用途では、ウエハ内の幅（ＷｉＷ）のエッチング速度が３～５％以内（３シグマ値）又はそれより良好であることが望まれる場合がある。しかし、ビーム電流の幅方向の変化やその他の現象により、これを実現するの
は困難なことがある。

例えば、リボンイオンビームでは、特にリボンビームの両端において、Ｘ方向に不均一なビーム電流を持つのが一般的である。

更に、ワークピースは、リボンイオンビームを通るワークピースホルダ上に配置されている可能性がある。ワークピースホルダは、ワークピースを越えて延在する部分を含むことがある。この部分は、周辺（surround）又はハロー（halo）と呼ばれ得る。ワークピースとハローとの間に電気的又は熱的な不連続性があると、エッチング速度の均一性にばらつきが生じる可能性がある。

したがって、走査されるリボンイオンビームを使用して、所望のエッチング速度の均一性を実現するためのシステム及び方法があれば有益であろう。更に、種々のエッチング種に容易に適応できるシステムであれば有益であろう。

均一な様態でワークピースをエッチングするためのシステム及び方法が開示される。該システムは、リボンイオンビームを生成する半導体処理システム、及びリボンイオンビームを通してワークピースを走査するワークピースホルダを含む。ワークピースホルダは、ハローと呼ばれる、ワークピースを越えて延在する部分を含む。ハローは、エッチング速度の不均一性を補償するために独立して加熱され得る。幾つかの実施形態では、ハローが、その電位がワークピースに印加される電位とは異なるように独立してバイアスをかけられ得る。特定の複数の実施形態では、ハローが、別々に制御され得る複数の熱ゾーンに分割され得る。このやり方では、様々なエッチング速度の不均一性が、ハローの様々な熱の電位及び／又は温度を制御することによって対処され得る。

一実施形態によれば、エッチングシステムが開示される。該エッチングシステムは、リボンイオンビームを生成するための半導体処理システム、ワークピースホルダ、ワークピースホルダの周りに配置されたハロー、及びリボンイオンビームを通してワークピースホルダを移動させるための走査モータを備える。その場合、ハローは、ハローの温度を修正するための抵抗加熱器を備える。特定の複数の実施形態では、ハローが、導電性フレーム、及び導電性フレーム上に配置された保護カバーを備え、抵抗加熱器は、保護カバー内又は保護カバー上に配置される。特定の複数の実施形態では、抵抗加熱器が、導電性フレームに面する保護カバーの外面に配置される。幾つかの実施形態では、エッチングシステムが、ハローの温度をモニタするためにハロー上に配置された温度センサを備える。特定の複数の実施形態では、ハローが、導電性フレーム、及び導電性フレーム上に配置された保護カバーを備え、ワークピースホルダに印加される電圧とは異なる電圧で導電性フレームにバイアスをかけるためのハローバイアス電源を備える。幾つか実施形態では、ハローバイアス電源が、ハローがワークピースホルダから一定の電圧オフセットを維持するように、ワークピースホルダを基準とする。幾つかの実施形態では、ハローが、絶縁材料を使用してワークピースホルダから電気的に絶縁される。

別の一実施形態によれば、エッチングシステムが開示される。該エッチングシステムは、リボンイオンビームを生成するための半導体処理システム、ワークピースホルダ、ワークピースホルダの周りに配置されたハロー、及びリボンイオンビームを通してワークピースホルダを移動させるための走査モータを備える。その場合、ハローは、径方向エッチング速度不均一性と線形エッチング速度不均一性の両方を補償するための複数の熱ゾーンを含む。幾つかの実施形態では、ハローが、フレーム、及びフレーム上に配置された保護カバーを備え、抵抗加熱器が、保護カバー内又は保護カバー上に配置される。特定の複数の実施形態では、抵抗加熱器が、フレームに面する保護カバーの外面に配置される。幾つかの実施形態では、ハローが、複数の熱ゾーンに分割される。幾つかの更なる実施形態では、複数の熱ゾーンが、独立して制御され得る。幾つかの実施形態では、エッチングシステムが、熱コントローラを備える。熱コントローラは、複数の熱ゾーンと通じている複数の電源、及び熱コントローラと通信するコントローラを備える。その場合、所望の温度プロファイルを実現するために、ワークピースの種類とエッチング種がコントローラに入力され、熱コントローラは複数の熱ゾーンに電力を供給する。特定の複数の実施形態では、エッチングシステムが、少なくとも１つの熱ゾーンの温度をモニタするために、少なくとも１つの熱ゾーン内に配置された温度センサを備える。

別一実施形態によれば、エッチングシステムが開示される。エッチングシステムは、リボンイオンビームを生成するための半導体処理システム、ワークピースホルダ、ワークピースホルダの周りに配置されたハローであって、導電性フレーム及び導電性フレーム上に配置された保護カバーを備えるハロー、リボンイオンビームを通してワークピースホルダを移動させるための走査モータ、並びにワークピースホルダに印加される電圧とは異なる電圧で導電性フレームにバイアスをかけるためのハローバイアス電源を備える。幾つか実施形態では、ハローバイアス電源が、ハローがワークピースホルダから一定の電圧オフセットを維持するように、ワークピースホルダを基準とする。幾つかの実施形態では、ハローが、絶縁材料を使用してワークピースホルダから電気的に絶縁される。特定の複数の実施形態では、導電性フレームが、複数の導電性領域に分割される。その場合、各導電性領域に印加される電圧は、独立して制御される。特定の複数の実施形態では、エッチングシステムが、ハローバイアス電源と通信するコントローラを備える。その場合、縁部エッチング速度の所望の変化を実現するために、ワークピースの種類とエッチング種がコントローラに入力され、ハローバイアス電源は導電性フレームに電力を供給する。

本開示をより良く理解するために、参照により本明細書に援用される添付の図面を参照する。

一実施形態による半導体処理システムである。 図２Ａ～図２Ｃは、ハローバイアス電源を使用する３つの実施形態を示す。 図２Ａ～図２Ｃは、ハローバイアス電源を使用する３つの実施形態を示す。 図２Ａ～図２Ｃは、ハローバイアス電源を使用する３つの実施形態を示す。 一実施形態による抵抗加熱器を示す。 複数の熱ゾーンを有するハローの第１の実施形態である。 図５Ａ～図５Ｅは、様々なエッチング種及びワークピースの種類に対するエッチング速度マップを示す。 図５Ａ～図５Ｅは、様々なエッチング種及びワークピースの種類に対するエッチング速度マップを示す。 図５Ａ～図５Ｅは、様々なエッチング種及びワークピースの種類に対するエッチング速度マップを示す。 図５Ａ～図５Ｅは、様々なエッチング種及びワークピースの種類に対するエッチング速度マップを示す。 図５Ａ～図５Ｅは、様々なエッチング種及びワークピースの種類に対するエッチング速度マップを示す。 図６Ａ～図６Ｅは、様々なエッチング速度マップに対する図４のハローの加熱パターンを示す。 図６Ａ～図６Ｅは、様々なエッチング速度マップに対する図４のハローの加熱パターンを示す。 図６Ａ～図６Ｅは、様々なエッチング速度マップに対する図４のハローの加熱パターンを示す。 図６Ａ～図６Ｅは、様々なエッチング速度マップに対する図４のハローの加熱パターンを示す。 図６Ａ～図６Ｅは、様々なエッチング速度マップに対する図４のハローの加熱パターンを示す。

上述されたように、本システムは、リボンイオンビームを通して走査されるワークピースを採用するシステムにおいて、エッチング速度の均一性を改善するために使用され得る。

半導体処理システム１は、複数のチャンバ壁１０１で構成されるイオン源チャンバ１００を含むイオン源を備える。特定の複数の実施形態では、これらのチャンバ壁１０１のうちの１以上が、石英などの誘電材料で構築されてよい。ＲＦアンテナ１１０が、第１の誘電体壁１０２の外面に配置されてよい。ＲＦアンテナ１１０は、ＲＦ電源１２０によって電力供給されてよい。ＲＦアンテナ１１０に供給されたエネルギーは、イオン源チャンバ１００内に放射されて、ガス入口１３０を介して導入される供給ガスをイオン化する。

他の複数の実施形態では、イオン源が、間接加熱カソード（ＩＨＣ）イオン源、容量結合プラズマ源、又は別の種類のソースであってよい。

抽出プレート１０４と呼ばれる１つのチャンバ壁が、抽出開孔１０５を含む。抽出開孔１０５を貫通して、イオンビーム１０６が、イオン源チャンバ１００を出てよい。イオンビーム１０６は、高さ方向よりも水平方向（Ｘ方向とも呼ばれる）においてはるかに広くてよい。これらの特性を有するイオンビームは、リボンイオンビームと呼ばれてよい。抽出プレート１０４は、チタン、タンタル、又は別の金属などの導電性材料で構築されてよい。抽出プレート１０４は、幅が３００ミリメートルを超えてよい。更に、抽出開孔１０５は、ワークピース１０の直径よりもＸ方向において広くてよい。この抽出プレート１０４は、抽出電圧でバイアスをかけられてよい。他の複数の実施形態では、抽出プレート１０４が接地されてよい。

半導体処理システム１に加えて、ワークピースホルダ１５５が存在する。ワークピースホルダ１５５は、抽出開孔１０５に近接して配置されてよい。例えば、ワークピースホルダ１５５は、抽出開孔１０５からの距離が０と２５ｃｍの間であってよい。特定の複数の実施形態では、ワークピースホルダ１５５が、抽出開孔１０５の約１ｃｍ以内にあってよい。

ワークピース１０は、ワークピースホルダ１５５上に配置されてよい。ワークピースホルダ１５５は、垂直方向１７１に移動する走査モータ１６０を使用して走査される。この方向は、Ｙ方向とも呼ばれる。したがって、ワークピースホルダ１５５は、イオンビーム１０６とワークピースホルダ１５５との間に相対的な垂直方向の移動が存在するように構成されている。

ワークピースホルダ１５５は、ワークピース１０を保持する静電クランプを含む。静電クランプは、ワークピースをワークピースホルダ１５５に保持するために静電力を使用する。静電クランプは、ベース、誘電体上面、及びベースと誘電体上面との間に配置された複数の電極を含んでよい。所望の静電力を生成するために、電極に様々な電圧が印加されてよい。

ハロー１６５が、静電クランプとワークピース１０を取り囲み、その中央にワークピースホルダ１５５の位置に対応する開口部を有する。ハロー１６５は、金属などの導電性材料で構築されてよいフレーム１６８を備える。フレーム１６８は、チタン、アルミニウム、又は別の材料で作製されてよい。特定の複数の実施形態では、フレーム１６８が、ニッケルめっきアルミニウム、陽極酸化アルミニウム、又はニッケルであってよい。特定の複数の実施形態では、フレーム１６８が、ワークピースホルダ１５５を収容するために円形に切り取られた矩形状であってよい。例えば、フレーム１６８は、幅が約６００ｍｍで、高さが約１０００ｍｍで、約３００ｍｍの直径を有する円形開口部を有してよい。他の複数の実施形態では、フレーム１６８が、円形又は別の形状であってよい。

加えて、ハロー１６５は、保護カバー１６６を含んでよい。保護カバー１６６は、フレーム１６８の前面に配置されてよい。保護カバー１６６は、フレーム１６８をイオンへの曝露から保護し、フレーム１６８の寿命を延ばし、ワークピース１０の汚染を最小限に抑える。保護カバー１６６は、フレーム１６８の前面に取り付けられた誘電材料又はシリコン基板であってよい。特定の一実施形態では、複数のシリコンタイルが、フレーム１６８上に配置され、保護カバー１６６として働く。保護カバー１６６は、約３ｍｍなどの任意の所望の厚さであってよい。保護カバー１６６は、フレーム１６８の全体をカバーするように寸法決定されてよい。

ワークピースホルダ１５５は、ワークピースバイアス電源１７０を使用してバイアスをかけられてよい。特定の複数の実施形態では、ワークピースバイアス電源１７０からの出力が、５ｋＨｚと５０ｋＨｚとの間の周波数、及び１００から５０００ボルトの振幅を有するパルスＤＣ電圧である。

ハロー１６５は、ハローバイアス電源１７５を使用して独立してバイアスをかけられてよい。例えば、フレーム１６８は、ハローバイアス電源１７５と通じていてよい。ワークピースバイアス電源１７５からの出力もまた、５ｋＨｚと５０ｋＨｚとの間の周波数、及び１００から５０００ボルトの振幅を有するパルスＤＣ電圧であってよい。

特定の複数の実施形態では、ハローバイアス電源１７５が、ワークピースバイアス電源１７０を基準とする。それによって、ハロー１６５が、ワークピースホルダ１５５から一定の電圧オフセットにある。例えば、この実施形態では、ハローバイアス電源１７５の出力が、一定のＤＣ電圧に設定されてよい。

例えば、図２Ａ～図２Ｃは、３つの異なる実施形態を示している。図２Ａは、ハロー１６５が常にワークピースホルダ１５５と同じ電圧にある一実施形態を示している。これは、ワークピースバイアス電源１７０を基準とするハローバイアス電源１７５を０ボルトに設定することによって実現されてよい。図２Ｂでは、ハロー１６５が、常にワークピースホルダ１５５に対して正にオフセットされている。これは、ワークピースバイアス電源１７０を基準とするハローバイアス電源１７５を正の電圧に設定することによって実現されてよい。図２Ｃでは、ハロー１６５が、常にワークピースホルダ１５５に対して負にオフセットされている。これは、ワークピースバイアス電源１７０を基準とするハローバイアス電源１７５を負の電圧に設定することによって実現されてよい。ハローバイアス電源１７５は、ワークピースホルダ１５５に対して－５００Ｖと＋５００Ｖとの間の電圧を供給することができる。このやり方では、イオン源チャンバ１００に対するハロー１６５のバイアスが、幾つかの実施形態では、ハローバイアス電源１７５とワークピースバイアス電源１７０とによって供給される電圧の合計である。

他の複数の実施形態では、ハローバイアス電源１７５が接地を基準としてよく、ハローバイアス電源１７５の出力が、ワークピースバイアス電源１７０と同位相であってよい。それによって、２つの電源からのパルスが同期する。更に、特定の複数の実施形態では、ハローバイアス電源１７５の出力が、これらのパルスの間だけ、ワークピースバイアス電源１７０と異なる。

上記の開示では、ワークピースバイアス電源１７０からの出力が、パルスＤＣ電圧であると説明されたが、ワークピースバイアス電源１７０は一定であってよいことを理解されたい。この場合、抽出プレート１０４にバイアスをかける抽出電圧電源が、パルスＤＣ出力を提供する。この実施形態では、ハローバイアス電源１７５が、一定の電圧を維持してよい。

ワークピースホルダ１５５とハロー１６５に異なる電圧を印加するために、これらの２つの構成要素の間に電気絶縁材料１６７が存在してよく、ワークピースホルダ１５５をフレーム１６８から電気的に絶縁する。ＰＥＥＫなどの材料を使用して、この電気的な絶縁を提供することができる。

フレーム１６８とワークピースホルダ１５５が、常に同じ電圧に維持される場合、電気絶縁材料１６７は利用されなくてよいことに留意されたい。

パルスのときに、ワークピースホルダ１５５に印加される電圧は、抽出プレート１０４に印加される電圧よりも負である。言い換えると、抽出プレート１０４が接地される場合、ワークピースバイアス電源１７０は、負のパルスを生成する。これらの負パルスの間、正イオンはイオン源チャンバ１００の内部からワークピース１０に引き寄せられる。抽出プレート１０４が正にバイアスをかけられる場合、ワークピースバイアス電源１７０は、より正でない又は負のパルスを生成する。それによって、これらのパルスの間、正イオンはイオン源チャンバ１００の内部からワークピース１０に引き寄せられる。

更に、図１は、特定の複数の実施形態における単一のハローバイアス電源１７５を示しているが、ハロー１６５は、幾つかの導電性領域に分割されてよい。その場合、各導電性領域は、独立して制御されてよい。例えば、フレーム１６８は、電気絶縁材料１６７を使用して互いから分離された複数の導電性構造であってよい。したがって、この実施形態では、ハロー１６５の特定の部分が、ワークピースホルダ１５５よりも高い電圧にあってよく、一方で、ハロー１６５の他の部分は、ワークピースホルダ１５５と同じ電圧又はそれよりも低い電圧にあってよい。更に、この実施形態では、ハロー１６５の特定の部分が、ワークピースホルダ１５５よりも低い電圧にあってよく、一方で、ハロー１６５の他の部分は、ワークピースホルダ１５５と同じ電圧又はそれよりも高い電圧にあってよい。以下で説明されるように、ハロー１６５の各セグメントに印加される電圧の選択は、採用されるエッチング種に基づいてよい。

熱コントローラ１９０もまた、ハロー１６５と通じていてよい。熱コントローラ１９０は、以下でより詳細に説明されるように、ハロー１６５内の複数の熱ゾーンの各々に電圧又は電流を供給する複数の電源を備えてよい。

コントローラ１８０が、ワークピースバイアス電源１７０、ハローバイアス電源１７５、ワークピースホルダ１５５、熱コントローラ１９０、及び他の構成要素と通信してよい。コントローラ１８０は、マイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ、専用コントローラ、又は別の適切な処理ユニットなどの処理ユニット１８１を含んでよい。コントローラ１８０はまた、半導体メモリ、磁気メモリ、又は別の適切なメモリなどの非一時的なストレージ要素１８２も含んでよい。この非一時的なストレージ要素１８２は、コントローラ１８０が本明細書で説明される機能を実行することを可能にする指示命令１８３及び他のデータを含んでよい。コントローラ１８０は、走査モータ１６０を介して、ワークピースホルダ１５５の移動を制御することができる。コントローラ１８０は、それぞれ、熱コントローラ１９０とハローバイアス電源１７５を介して、ハロー１６５の温度と電圧を制御することができる。

エッチング速度の不均一性には２つの種類があり得る。第１に、径方向不均一性と呼ばれるもので、これはワークピースの縁部における不連続性の結果である。これらの不連続性は、化学的、熱的、電気的であってよい。例えば、図１に関して説明されたように、ワークピース１０の周りには、フレーム１６８と保護カバー１６６とを備えるハロー１６５が存在してよい。ハロー１６５を構築するために使用される材料が、ワークピースよりも化学エッチングに対して耐性がある場合に、この界面において利用可能なエッチング種に余剰があり、ワークピースの外縁部をより早くエッチングすることにつながり得る。逆に、ハロー１６５を構築するために使用される材料が、ワークピースよりも化学エッチングに対する耐性が低い場合に、ハロー１６５はシンクとして働き、この界面において利用可能なエッチング種が不足し、ワークピースの外縁部のエッチングがより遅くなることにつながり得る。ハロー１６５の誘電率が、ワークピースと異なる場合、ワークピースの縁部において電界の歪みが存在することがある。この歪みは、抽出バイアスがパルス化されるにつれて、ワークピース１０の縁部からイオンを引き寄せたり、又は反発させたりする可能性がある。更に、ハロー１６５がワークピースよりも低温である場合、重合ガス化学物質からより速い速度で堆積を集める可能性があり、これもワークピースの縁部におけるエッチング速度に影響を与えることがある。

第２の種類の不均一性は、線形不均一性と呼ばれる。上述されたように、ワークピース１０は、リボンイオンビームを通してＹ方向に走査される。しばしば、Ｘ方向におけるリボンのビーム電流プロファイルは一定ではない。むしろ、多くの場合、リボンイオンビームの端部近くの電流プロファイルは、リボンイオンビームの中心近くの電流プロファイルよりも低いか又は高い可能性がある。

図３で示されているように、ハロー１６５の温度は、ハロー１６５の表面上の又はハロー１６５内に埋め込まれた抵抗加熱器３３５の配置によって制御されてよい。表面に配置されるときに、抵抗加熱器３３５は、イオンビーム１０６に曝露されないように、フレーム１６８に面する保護カバー１６６の裏面に配置されてよい。

特定の複数の実施形態では、抵抗加熱器３３５が、ハロー１６５の表面に配置されたパターンを含んでよい。例えば、抵抗加熱器３３５は、保護カバー１６６の裏面に配置されたニッケルクロム（ＮｉＣｒ）パターンであってよい。次いで、このパターンをポリイミドスプレーコーティングやカプトンテープなどの絶縁材料でコーティングして、フレーム１６８から絶縁することができる。無論、抵抗加熱器は他のやり方で実装されてもよい。この実施形態では、パターンが保護カバー１６６とフレーム１６８との間に配置される。更に、特定の複数の実施形態では、抵抗加熱器３３５が、保護カバー１６６内に配置されてよく、又は保護カバー１６６内に埋め込まれてよい。

他の複数の実施形態では、抵抗加熱器３３５が、フレーム１６８の裏面に配置されてよく、フレーム１６８から電気的に絶縁されてよい。これらの実施形態の各々では、抵抗加熱器３３５が、抵抗加熱器３３５をイオンビーム１０６に曝露しない一方で、ハロー１６５の加熱を可能にする箇所に配置されてよい。

特定の複数の実施形態では、抵抗加熱器３３５の端部が、ＤＣ又はＡＣ電源などの、熱コントローラ１９０の一部である電源と通じている。例えば、各抵抗加熱器３３５には、最大１０Ａまでを生成することができる２０８ＶＡＣ電源が使用されてよい。無論、１２０ＶＡＣ電源又はＤＣ電源などの他の電源も使用されてよい。幾つかの実施形態では、抵抗加熱器３３５が、ワークピース１０の近傍のハロー１６５の温度に影響を与えるように、できるだけ内径の近くに配置される。

熱電対やサーミスタなどの温度センサ３３６も、ハロー１６５の裏面に配置されてよい。温度センサ３３６は、熱コントローラ１９０と通信してよい。熱コントローラ１９０は、温度センサ３３６によって測定された温度に基づいて、抵抗加熱器３３５に供給される電圧及び／又は電流を調節する。別の一実施形態では、温度センサ３３６を使用しないような開ループ制御も採用されてよい。

図３は、２つの抵抗加熱器３３５を示している。すなわち、左側の１つは、第１の熱ゾーンを生成し、右側の第２のものは、第２の熱ゾーンを生成する。しかし、本開示は、この実施形態に限定されない。更に、図３は、抵抗加熱器３３５を蛇行パターンとして示しているが、他のパターンも使用されてよい。ハロー１６５は、任意の数の熱ゾーンに区分けされてよい。特定の複数の実施形態では、抵抗加熱器３３５が、熱ゾーンの温度を最大１００℃だけ上昇させることができる。

例えば、図４で示されているように、ハロー１６５は、４つのゾーン３０２、３０３、３０４、３０５に分割されてよい。各熱ゾーンは、独立して制御される抵抗加熱器３３５を含む。任意選択的に、各熱ゾーンは、各熱ゾーンの温度を独立して制御するように、専用の温度センサ３３６を含んでよい。４つの熱ゾーンを利用することによって、以下で説明されるように、径方向不均一性と線形不均一性の両方に対処することができる。

例えば、図４の熱ゾーンの間の境界は、４５度、１３５度、２２５度、及び３１５度にある。しかし、他のサイズも可能である。例えば、２つの熱ゾーン３０２、３０４は、他の２つの熱ゾーン３０３、３０５よりも大きくても小さくてもよい。例えば、２つの熱ゾーン３０２、３０４が、他の２つの熱ゾーンよりも大きい場合に、熱ゾーンの間の境界は、６０度、１２０度、２４０度、及び３００度にあってよい。同様に、２つの熱ゾーン３０２、３０４が、他の２つの熱ゾーンよりも小さい場合に、熱ゾーンの間の境界は、３０度、１５０度、２１０度、及び３３０度にあってよい。

特定の複数の実施形態では、これらの熱ゾーン３０２～３０５が、独立して制御されてよい。他の複数の実施形態では、２つ以上の熱ゾーンが、共通に制御されてよい。例えば、リボンイオンビームの両端がワークピースに当たる位置に対応する２つの熱ゾーン３０３、３０５は、共通に制御されてよい。同様に、他の２つの熱ゾーン３０２、３０４は、共通に制御されてよい。

図５Ａ～図５Ｅは、エッチング種とワークピースの種類の５つの異なる組み合わせについてのエッチング速度マップを示している。これらのエッチング速度マップは、エッチング動作の前に複数の箇所でワークピースの厚さを測定し、エッチング動作の後で同じ箇所の厚さを測定することによって生成される。領域５８０は、他の領域よりも大きい程度エッチングされている。領域５８２は、他の領域よりも小さい程度エッチングされている。領域５８１は、これらの２つの両極端の間のエッチング速度のエリアである。

これらのエッチング速度マップの各々は、径方向不均一性、線形不均一性、又は２つの種類の不均一性の重ね合わせを示していることに留意されたい。特に、図５Ａと図５Ｃは、線形不均一性が優勢であることを示している。図５Ｂと図５Ｄは、径方向不均一性が優勢であることを示している。図５Ｅは、両方の種類の不均一性を示している。特に、図５Ｅでは、径方向不均一性があるために、ワークピースの中心よりも外縁部が多くエッチングされる。更に、線形不均一性があるために、イオンビームの中心よりもリボンイオンビームの両端がエッチングされにくくなっている。これら２つの不均一性が組み合わさったときに、ワークピースの上縁部と下縁部のみが、ワークピースの他の部分よりもエッチングされる。

図６Ａ～図６Ｅは、それぞれ、図５Ａ～図５Ｅに対応するエッチング速度マップを補償するために使用されてよい温度プロファイルを示している。図５Ａと図５Ｃでは、左縁部と右縁部に沿ったエッチング速度が、ワークピース上の他の箇所よりも小さいことに留意されたい。したがって、この状況では、図６Ａ及び図６Ｃで示されているように、熱ゾーン３０３、３０５が、他の熱ゾーンとは異なる温度に設定される。多くのワークピース及びエッチング種では、エッチング速度が温度に正比例する。したがって、ワークピースの左縁部と右縁部に沿ったエッチング速度を増加させるために、熱ゾーン３０３、３０５は、他の熱ゾーンよりも高い温度に設定される。無論、幾つかのエッチング化学では、エッチング速度が温度と逆比例関係にある可能性もある。この場合、ワークピースの左縁部と右縁部に沿ったエッチング速度を増加させるために、熱ゾーン３０３、３０５は、他の熱ゾーンよりも低い温度に設定される。

図５Ｂ及び図５Ｄは、外縁部がワークピースの他の部分よりも低いエッチング速度を有する径方向不均一性を示している。これらの場合、図６Ｂ及び図６Ｄで示されているように、熱ゾーン３０２～３０５の全てが、ある１つの異なる温度に維持される。エッチング速度が温度に正比例する場合、熱ゾーン３０２～３０５は、ワークピースよりも高い温度に設定される。エッチング速度が温度に反比例する場合、熱ゾーン３０２～３０５は、ワークピースよりも低い温度に設定される。

図５Ｅは、ワークピースの上縁部と下縁部が、ワークピースの他の部分よりも高いエッチング速度を有する一例を示している。したがって、図６Ｅで示されているように、エッチング速度が温度に正比例する場合、熱ゾーン３０２、３０４は、熱ゾーンの他の部分よりも低い温度に設定される。エッチング速度が温度に反比例する場合、熱ゾーン３０２～３０４は、熱ゾーンの他の部分よりも高い温度に設定される。

したがって、図４のハロー１６５を使用して、径方向不均一性と線形不均一性の両方を補償することができる。

したがって、一実施形態では、コントローラ１８０が、使用されるエッチング種、ならびにワークピースの種類についての情報を受け取る。この情報は、キーボードやタッチスクリーンなどの入力デバイスを介して入力されてよい。この情報に基づいて、コントローラ１８０は、ハロー１６５内の熱ゾーンの各々の所望の温度を熱コントローラ１９０に指示命令する。次いで、熱コントローラ１９０は、所望の温度プロファイルを実現するために、各熱ゾーンに電力を供給する。

熱コントローラ１９０は、幾つかのやり方で実装されてよい。一実施形態では、ワークピースホルダ内の各熱ゾーンが、対応する専用の電源を有する。他の複数の実施形態では、特定の熱ゾーンが、常に同じ温度に設定されてよい。これらの複数の実施形態では、単一の電源を使用して、２つ以上の熱ゾーンに電力を供給することができる。

別の一実施形態では、熱コントローラ１９０が、各電力レベルに対して１つの電源を有してよい。これらの電源の出力は、複数のスイッチ又はマルチプレクサへの入力として使用される。その場合、各スイッチは、どの出力が各熱ゾーンに印加されるかを選択するために使用される。

更に、ハロー１６５はまた、ハローバイアス電源１７５とも通じているので、ハロー１６５に印加される電圧を操作することによって、エッチングパターンを修正することができる。例えば、上述されたように、図５Ｂ及び図５Ｄのエッチング速度パターンは、径方向不均一性を示している。これは、ワークピースホルダ１５５に印加される電圧とは異なる電圧をハロー１６５に印加することによって修正されてよい。

これらの複数の実施形態では、コントローラ１８０が、使用されるエッチング種、ならびにワークピースの種類についての情報を受け取る。この情報は、キーボードやタッチスクリーンなどの入力デバイスを介して入力されてよい。この情報に基づいて、コントローラ１８０は、縁部エッチング速度の所望の変更を実現するために、印加されるべき電圧をハローバイアス電源１７５に指示命令する。

最後に、特定の複数の実施形態では、不均一性に対処するために、ハローの電圧操作と温度操作の両方を利用することが可能であろう。例えば、コントローラ１８０は、径方向不均一性を補償するためにハロー１６５に印加される電圧を変えてよい。一方で、コントローラ１８０は、線形不均一性を補償するために異なる熱ゾーンを利用してよい。

本出願において上述された複数の実施形態は、多くの利点を有してよい。上述されたように、特定のプロセスは、３％以下の３シグマ値などの、ワークピース全体にわたるエッチング速度の非常に厳しい公差を利用する。

ハロー１６５の電圧を操作することによって、ワークピースの縁部に沿ったエッチング速度を変化させることができる。例えば、ある試験では、ハローバイアス電源１７５によって１００Ｖの電圧が出力された。ワークピースの縁部に沿ったエッチング速度は、ハローがワークピースホルダ１５５と同じ電圧に維持されるエッチングプロセスと比較して、２％だけ変化した。ハローバイアス電源１７５からの出力電圧がより高くなると、ワークピースの縁部に沿ったエッチング速度の変化がより大きくなる可能性がある。

同様に、ワークピースの様々な領域の温度を操作することによって、ワークピース全体にわたってより均一な結果を実現するために、各領域に関連付けられたエッチング速度を変化させることができる。

本開示は、本明細書で説明される特定の複数の実施形態による範囲には限定されない。上述したもの以外の本開示の様々な実施形態及び本開示の変形例は、本明細書に説明したものと同様に、上述の説明及び添付図面から、当業者には明らかである。このため、そのような上記以外の実施形態及び変形例は、本開示の範囲に含まれるものである。更に、本明細書では、本開示を、特定の目的のための特定の環境における特定の実施態様の文脈で説明したが、当業者は、その有用性がそれに限定されず、本開示が、任意の数の目的のために任意の数の環境において有益に実装され得ることを認識するであろう。したがって、以下で説明される特許請求の範囲は、本明細書に記載した本開示の範囲及び精神を最大限広く鑑みた上で解釈されたい。

均一な様態でワークピースをエッチングするためのシステム及び方法が開示される。該システムは、リボンイオンビームを生成する半導体処理システム、及びリボンイオンビームを通してワークピースを走査するワークピースホルダを含む。ワークピースホルダは、ハローと呼ばれる、ワークピースを越えて延在する部分を含む。ハローは、エッチング速度の不均一性を補償するために独立して加熱され得る。幾つかの実施形態では、ハローが、その電位がワークピースに印加される電位とは異なるように独立してバイアスをかけられ得る。特定の複数の実施形態では、ハローが、別々に制御され得る複数の熱ゾーンに分割され得る。このやり方では、様々なエッチング速度の不均一性が、ハローの様々な熱ゾーンの電位及び／又は温度を制御することによって対処され得る。

Claims (19)

1. リボンイオンビームを生成するための半導体処理システム、
   ワークピースホルダ、
   前記ワークピースホルダの周りに配置されたハロー、及び
   前記リボンイオンビームを通して前記ワークピースホルダを移動させるための走査モータを備える、エッチングシステムであって、
   前記ハローは、前記ハローの温度を修正するための複数の抵抗加熱器を備える、エッチングシステム。
2. 前記ハローは、導電性フレーム、及び前記導電性フレーム上に配置された保護カバーを備え、前記複数の抵抗加熱器は、前記保護カバー内又は前記保護カバー上に配置されている、請求項１に記載のエッチングシステム。
3. 前記複数の抵抗加熱器は、前記導電性フレームに面する前記保護カバーの外面に配置されている、請求項２に記載のエッチングシステム。
4. 前記ハローの温度をモニタするために前記ハロー上に配置された温度センサを備える、請求項１に記載のエッチングシステム。
5. 前記ハローは、導電性フレーム、及び前記導電性フレーム上に配置された保護カバーを備え、前記エッチングシステムは、前記ワークピースホルダに印加される電圧とは異なる電圧で前記導電性フレームにバイアスをかけるためのハローバイアス電源を備える、請求項１に記載のエッチングシステム。
6. 前記ハローバイアス電源は、前記ハローが前記ワークピースホルダから一定の電圧オフセットを維持するように、前記ワークピースホルダを基準とする、請求項５に記載のエッチングシステム。
7. 前記ハローは、絶縁材料を使用して前記ワークピースホルダから電気的に絶縁されている、請求項５に記載のエッチングシステム。
8. リボンイオンビームを生成するための半導体処理システム、
   ワークピースホルダ、
   前記ワークピースホルダの周りに配置されたハロー、及び
   前記リボンイオンビームを通して前記ワークピースホルダを移動させるための走査モータを備える、エッチングシステムであって、
   前記ハローは、径方向エッチング速度不均一性と線形エッチング速度不均一性の両方を補償するための複数の熱ゾーンを含む、エッチングシステム。
9. 前記ハローは、フレーム、及び前記フレーム上に配置された保護カバーを備え、複数の抵抗加熱器が、前記保護カバー内又は前記保護カバー上に配置されている、請求項８に記載のエッチングシステム。
10. 前記複数の抵抗加熱器は、前記フレームに面する前記保護カバーの外面に配置されている、請求項９に記載のエッチングシステム。
11. 前記ハローは、複数の熱ゾーンに分割されている、請求項８に記載のエッチングシステム。
12. 前記複数の熱ゾーンは、独立して制御され得る、請求項１１に記載のエッチングシステム。
13. 熱コントローラを更に備え、前記熱コントローラは、前記複数の熱ゾーンと通じている複数の電源、及び前記熱コントローラと通信するコントローラを備え、所望の温度プロファイルを実現するために、ワークピースの種類とエッチング種が前記コントローラに入力され、前記熱コントローラは前記複数の熱ゾーンに電力を供給する、請求項１１に記載のエッチングシステム。
14. 少なくとも１つの熱ゾーンの温度をモニタするために、前記少なくとも１つの熱ゾーン内に配置された温度センサを更に備える、請求項１３に記載のエッチングシステム。
15. リボンイオンビームを生成するための半導体処理システム、
    ワークピースホルダ、
    前記ワークピースホルダの周りに配置されたハローであって、導電性フレーム及び導電性フレーム上に配置された保護カバーを備えるハロー、
    前記リボンイオンビームを通して前記ワークピースホルダを移動させるための走査モータ、並びに
    前記ワークピースホルダに印加される電圧とは異なる電圧で前記導電性フレームにバイアスをかけるためのハローバイアス電源を備える、エッチングシステム。
16. 前記ハローバイアス電源は、前記ハローが前記ワークピースホルダから一定の電圧オフセットを維持するように、前記ワークピースホルダを基準とする、請求項１５に記載のエッチングシステム。
17. 前記ハローは、絶縁材料を使用して前記ワークピースホルダから電気的に絶縁されている、請求項１５に記載のエッチングシステム。
18. 前記導電性フレームは、複数の導電性領域に分割され、各導電性領域に印加される電圧は、独立して制御される、請求項１５に記載のエッチングシステム。
19. 前記ハローバイアス電源と通信するコントローラを更に備え、縁部エッチング速度の所望の変化を実現するために、ワークピースの種類とエッチング種が前記コントローラに入力され、前記ハローバイアス電源は前記導電性フレームに電力を供給する、請求項１５に記載のエッチングシステム。

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