JP7227373B2 - 多電極抽出源を使用する傾斜エッチングのための装置及び技法 - Google Patents

Description

関連出願
［０００１］この出願は、「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｂｂｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｃｏ－ｌｉｎｅａｒ ｒａｄｉｃａｌ ａｎｄ ｉｏｎ ｆｌｕｘ」と題された、２０１８年１２月７日出願の米国仮特許出願第６２／７７６，７２２号に対する優先権を主張し、更に、「Ｔｕｎａｂｌｅ ｍｅａｎ ＡＮＧＬＥ ＩＯＮ ｂｅａｍ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｖｉｎｇ ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｒｉｏｄｅ ａｎｄ ｈｉｇｈｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ＡＮＤ ｎｏｖｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ」と題された、２０１８年１２月７日出願の米国仮特許出願第６２／７７６，７３４号に対する優先権を主張するものであり、これらの出願は各々、その全体が参照により本書に援用されている。

［０００２］この開示は、光学素子を含む傾斜構造物を生成するための基板処理に関し、より詳細には、表面レリーフ格子を形成するための装置及び技法に対するアプローチに関する。

［０００３］傾斜構造物（傾斜トレンチ、傾斜格子など）を生成するための基板の処理は、いくつかの機会だけでなく、いくつかの課題も伴うものである。一例としては、光学素子（光学レンズなど）は、長い間、様々な利点を求めて光を操作するのに使用されてきた。光学素子は、基板又は基板上の膜積層体に傾斜トレンチを直接的にエッチングすることによって製造されうる傾斜した表面レリーフ光学格子を使用して、製造されうる。格子特性を改良するために、光学格子のフィーチャ（特徴部）の側壁の角度を制御することが必要とされうる。

［０００４］本開示は、上記の考察及びその他の考察に関連して提示されるものである。

［０００５］一実施形態では、プラズマ源が提供される。このプラズマ源はプラズマチャンバを含んでよく、プラズマチャンバは、第１平面を画定する第１の面と、プラズマチャンバのこの面に隣接して配置された抽出アセンブリとを備え、抽出アセンブリは少なくとも２つの電極を備える。第１電極は、プラズマチャンバの第１の面の直近に隣接して配置されてよく、第２電極は、第１平面に対して垂直な第１方向に沿って、第１電極からの垂直変位を画定し、第１電極は第１開孔を備え、第２電極は第２開孔を備える。第１開孔は、第１平面に平行な第２方向に沿って、第２開孔からの側方変位を画定してよく、垂直変位及び側方変位は、第１平面の垂線に対して非ゼロの傾斜角度を画定する。

［０００６］別の実施形態では、基板をパターニングする方法が提供される。この方法は、基板を提供することであって、基板の主要面が基板平面を画定し、基板は格子層と、格子層の下のベース層とを備える、基板を提供することと、プラズマチャンバ内の基板の近隣でプラズマを生成することとを、含みうる。方法は、プラズマチャンバに隣接した抽出アセンブリに抽出電圧を印加することを更に含んでよく、抽出アセンブリは少なくとも２つの電極を備え、少なくとも２つの電極は、基板平面の垂線に対して非ゼロの傾斜角度で配置された傾斜抽出トンネルを画定する。そのため、抽出アセンブリから傾斜イオンビームが抽出されてよく、傾斜イオンビームは、基板平面に対して非ゼロの入射角度を画定し、かつ格子層をエッチングして傾斜格子を形成する。

［０００７］更なる実施形態では、システムはプラズマチャンバを含んでよく、プラズマチャンバは、第１平面を画定する第１の面を備える。このシステムは、プラズマチャンバのこの面に隣接して配置された抽出アセンブリを含んでよく、抽出アセンブリは少なくとも２つの電極を含み、少なくとも２つの電極は、基板平面の垂線に対して非ゼロの傾斜角度で配置された傾斜抽出トンネルを画定する。システムは、基板を支持するよう構成された基板台も含んでよく、基板の主要面は第１平面に平行な基板平面を画定し、基板台は、傾斜抽出トンネルに対して基板をスキャンするよう、更に構成される。システムは、抽出アセンブリに連結され、かつ電圧を印加するよう構成された抽出電源も含んでよく、プラズマチャンバ内にプラズマが存在している時に、傾斜イオンビームは、抽出アセンブリを通って基板へと導かれ、かつ第１平面に対して非ゼロの入射角度を画定する。

［０００８］添付図面は、本開示の原理の実際的な応用を含む本開示の例示的なアプローチを、以下のように示している。

［０００９］例示的なシステムの概略図を示す。 ［００１０］本開示の実施形態による抽出アセンブリの詳細を示す。 ［００１１］本開示の実施形態による、別の抽出アセンブリの詳細を示す。 ［００１２］例示的なシステムの概略図を示す。 ［００１３］本開示の実施形態による、２つの異なる事例における動作のジオメトリを示す。 ［００１４］本開示の実施形態によるプロセスフローを提示している。 ［００１５］本開示の実施形態による、別のプロセスフローを提示している。

［００１６］図面は必ずしも縮尺通りではない。図面は単なる表現にすぎず、本開示の具体的なパラメータを描写することを意図するものではない。図面は、本開示の例示的な実施形態を示すためのものであり、したがって、範囲を限定するものと見なすべきではない。図面では、類似の付番は類似の要素を表わしている。

［００１７］本書ではこれより、一部の実施形態を示している添付図面を参照しつつ、実施形態についてより網羅的に説明していく。本開示の主題は、多くの異なる形態で具現化されてよく、本書に明示している実施形態に限定されると解釈すべきではない。これらの実施形態が提供されることにより、この開示は網羅的かつ完全なものとなり、当業者に主題の範囲が十分に伝わることになる。図面では、全体を通じて、類似の番号が類似の要素を指し示している。

［００１８］様々な実施形態において、多電極抽出アセンブリを含む新規なプラズマ源が提供される。一部の実施形態では、プラズマ源の多電極抽出アセンブリは、基板平面の垂線に対して非ゼロの入射角度で基板に衝突する傾斜イオン及び傾斜ラジカルを生成するために、基板ホルダと併せて構成される。多電極抽出装置は、活性のイオン及びラジカルが生成されるように構成されうるので、ラジカルとイオンのフラックスが共線になり、ラジカルフラックスとイオンフラックスの両方の平均測角値が同じになり、かつ、これら２つのフラックスの角度広がりが同様になる。

［００１９］一部の非限定的な実施形態では、側壁のジオメトリが厳密に制御される必要があるトレンチ、ライン、又は穴を傾斜エッチングするために、厳密に制御された傾斜エッチングプロセスが提供される。一部の実施形態では、新規なプラズマ源を使用する、傾斜光学格子構造物を形成するための傾斜エッチングが開示されている一方、更なる実施形態では、側壁がほぼ平行でアスペクト比が高いコンタクトホール及びトレンチを生成するために、新規なプラズマ源が使用される。様々な追加的な実施形態は、断面が平行四辺形に類似している傾斜フィーチャを画定するための、エッチングアプローチを提供する。新規なイオン源及び抽出アセンブリを含む装置は、ラジカルフラックスベクトルがイオンフラックスベクトルと一致しないことで、エッチング後に非平行な側壁を有する構造物が生成されるという、既知のエッチング源の問題を克服するので、上述したような新規なデバイス構造物が可能になる。

［００２０］他の実施形態では、多電極抽出アセンブリを含むプラズマ源が、本書で後述する可変角度処理を実施するために提供される。一部の実施形態では、１つの電極が２つの部分に分割される。垂直進行（ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ｓｔｅｅｒｉｎｇ）電場を創出するための電圧シフトの適用が実施されうるか、又は、同様の進行電場を創出するための抽出要素を物理的かつ非対称的にシフトすることが、行われる。

［００２１］図１Ａは、本開示の実施形態によるシステム１００の概略断面図を示している。システム１００は、プラズマ１０４を生成するために、プラズマチャンバとして構成されうるイオン源１０２を含む。イオン源１０２は、様々な非限定的な実施形態によると、抽出アセンブリ１０６（例えばダイオード、トリオロード、又はテトロードの抽出アセンブリ）を含みうるか、又は抽出アセンブリ１０６に連結されうる。様々な実施形態において、抽出アセンブリ１０６は、図１Ｂに示しているように、ほぼ方形の断面を有する傾斜イオンビーム１１０を生成するための、概して方形かつ狭長形の抽出開孔を含みうる。抽出開孔及びイオンビームのアスペクト比（Ｘ次元／Ｙ次元）は、様々な非限定的な実施形態によると、２／１、３／１、５／１、１０／１、５０／１、１００／１であることも、これを上回ることもある。様々な非限定的な実施形態において、イオン源１０２はＲＦプラズマチャンバとして構成されうるが、間接的に加熱されるカソード源、マイクロ波源、又はその他の既知の源を含む、別の種類のイオン源チャンバも可能である。図１Ｂには示していないが、一部の実施形態では、抽出アセンブリ１０６は、抽出開孔、抑制開孔、及び接地開孔を含むトライオード構成であることもある。実施形態はこの文脈に限定されるわけではない。

［００２２］様々な非限定的な実施形態において、イオン源１０２は、少なくとも１つのガス源（図示せず）からガスを受容するよう連結されうるので、プラズマ１０４は、貴ガス、窒素、酸素、水素、炭化水素Ｃ_ｙＨ_ｘ、ハロゲン含有分子（（Ｃ_ｘＦ_ｙ、ＮＦ_ｘ、ＳＦ_ｘなど）、又はこれらの任意の組み合わせ、のうちのいずれかを含みうる。様々な実行形態において、イオン源１０２は、所与のイオンエネルギーの傾斜イオンビーム１１０を生成するために、所与の抽出電位で、基板１１４（図では基板台１１２上に配置されている）に対してバイアスされうる。基板１１４は、図示しているように、処理チャンバ１２２内に配置されうる。図１Ａに示している実施形態では、抽出アセンブリは、イオン源１０２によって形成されるプラズマチャンバの面の直近に隣接して配置された第１電極１０６Ａを含み、第２電極１０６Ｂを更に含む。第１電極１０６Ａと第２電極１０６Ｂとは共に、第１平面（例えば、図示しているデカルト座標系のＸ－Ｙ平面に平行な平面）に平行に載置されうる。図１Ａに示しているように、第２電極１０６Ｂは、第１平面に対して垂直な（図示しているデカルト座標系のＺ軸に沿った）第１方向に沿って、第１電極１０６Ａからの垂直変位を画定する。この変位は、様々な非限定的な実施形態によると、数ミリメートルから最大で数センチメートルというオーダーでありうる。

［００２３］図１Ａに示しているように、第１電極１０６Ａが第１開孔１２６Ａを含む一方、第２電極１０６Ｂは第２開孔１２６Ｂを含み、第１開孔１２６Ａは、第１平面に平行な第２方向に沿って、第２開孔１２６Ｂからの側方変位（Ｄと図示している）を画定する。この例では、第２方向はＹ軸に沿っている。第１電極１０６Ａと第２電極１０６Ｂとの間の垂直変位、及び第１開孔１２６Ａと第２開孔１２６Ｂとの間の側方変位は、第１平面（Ｘ－Ｙ平面）の垂線１２０に対する非ゼロの傾斜角度θを画定する。換言すると、第１開孔１２６Ａは、Ｚ軸に沿って、かつＹ軸に沿って第２開孔１２６Ｂから変位しているので、図１Ａに示しているように、Ｚ－Ｙ平面における開孔間のシフトが、Ｚ軸に対する非ゼロの傾斜角度θを画定する。そのため、第１開孔１２６Ａ、第２開孔１２６Ｂ、及びこれらの開孔間のスペースが、非ゼロの傾斜角度θで位置合わせされた軸を有する傾斜抽出トンネル１２６を画定すると言える。更に、傾斜イオンビーム１１０は更に、傾斜抽出トンネル１２６の非ゼロの傾斜角度θと合致する非ゼロの入射角度に沿って、傾斜抽出トンネル１２６を通って基板１１４へと導かれうる。ゆえに、一部の実施形態では、傾斜イオンビーム１１０の中心は、概して傾斜抽出トンネル１２６の軸に沿っていることがある。様々な非限定的な実施形態において、θの値は、５度と８５度との間で変動する。

［００２４］プラズマ１０４は、イオンを生成することに加えて、非イオン化種（複数のラジカルなど）も生成してよく、この複数のラジカルは、傾斜イオンビーム１１０の非ゼロの入射角度θと一致するビーム軌道を有するラジカルビーム１０８として、傾斜抽出トンネル１２６を通って導かれる。このジオメトリは図１Ａに概括的に示されており、図１Ａでは、ラジカルビーム１０８は白抜き矢印として描かれている。ラジカルビーム１０８は中性物質（ｎｅｕｔｒａｌｓ）を含むことがある。一部の非限定的な例では、ガス（貴ガス、酸素、窒素、水素、炭化水素Ｃ_ｙＨ_ｘなど）の混合物に加えて、ハロゲン含有分子のガス（Ｃ_ｘＦ_ｙ、ＮＦ_ｘ、ＳＦ_ｘなど）からも、反応性ラジカルが生成される。例えば、イオン源１０２への入力ガスは、ＣＦ_４（四ふっ化炭素）を含みうる。非解離性の（ｕｎｄｉｓｓｏｃｉａｔｅｄ）ＣＦ_４は（不活性のアルゴン又はＮ_２と同様に）非常に不活性であるが、プラズマ１０４内で（プラズマ活性電子によって）解離されると、親ＣＦ_４は分離して娘断片（例えばＣＦ_３、ＣＦ_２、ＣＦ、Ｆ、Ｃ）になる。 この時点で開結合（ｏｐｅｎ ｂｏｎｄ）を有しているフッ素含有娘断片は、化学的に反応性であり、表面エッチングプロセスに有用である。 中性ＣＦｘラジカルが生成されることに加えて、ＣＦｘ^＋といったイオン化ラジカル（これらのラジカルは傾斜イオンビーム１１０の一部を形成しうる）も存在しているが、様々な実施形態において、ラジカルビーム１０８中の総フラックスの大部分は中性物質でありうる。

［００２５］ラジカルビーム１０８は、ラジカルビーム１０８の化学種の中性特性により抽出アセンブリ１０６による電気的操作を受けないが、ラジカルビーム１０８が傾斜抽出トンネル１２６を通過する際にコリメートされうる。

［００２６］ゆえに、プラズマ１０４から出るラジカルフラックスを、傾斜イオンビーム１１０の活性イオンフラックスと平行にかつ共線になるようにコリメートすることによって、傾斜抽出トンネル１２６の複数の開孔は、放出ラジカル（中性物質）がイオンビーム中のイオンの軌道を必ずしも辿らないような既知のプラズマベースのイオンビームツールでは、見い出されない処理能力を提供する。

［００２７］システム１００の応用の一例としては、イオン源１０２において生成された反応性プラズマを使用する反応性傾斜イオンビームエッチングが、基板に傾斜構造物をエッチングするために実施されうる。そのため、傾斜したイオンビーム１１０とラジカルビーム１０８とは、傾斜反応性イオンエッチングビームを形成して基板１１４の反応性イオンエッチングを実施するよう、協働的に作用しうる。図１Ａに示しているように、基板１１４は、基板ベース１１８と、基板ベース１１８上に配置された層１１６とを含みうる。層１１６は、例えばデバイス構造物を形成するためにエッチングされる、任意の好適な層でありうる。一例では、層１１６は光学格子層でありうる。そのため、層１１６内に構造物をエッチングすることによって、層１１６内に格子が創出されうる。一部の実施形態では、傾斜構造物１１７は層１１６内にエッチングされてよく、傾斜構造物１１７の傾斜角度は、傾斜したイオンビーム１１０及びラジカルビーム１０８の非ゼロの入射角度と一致しうる。

［００２８］傾斜イオンビーム１１０のイオン種とラジカルビーム１０８のラジカルフラックスとは、（非ゼロの傾斜角度θに平行な）同一の平均軌道に沿って導かれてよく、かつそれぞれのビームの拡散（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）を制限するようコリメートされうることから、層１１６のエッチングは、傾斜構造物１１７の側壁が直線的又は平坦になり、かつ互いに平行になるように、コリメートされうる。留意すべきは、傾斜構造物１１７のサイズは縮尺通りに描かれていないことがあり、Ｚ軸及びＹ軸に沿った寸法は、マイクロメートル又はサブマイクロメートルのオーダーの寸法でありうる。実施形態はこの文脈に限定されるわけではない。平行な側壁を有する傾斜構造物１１７をエッチングする能力を提供することによって、格子特性（光学格子の光学特性など）の優れた制御が提供される。

［００２９］様々な実施形態において、基板台１１２はスキャン可能であってよいので、基板１１４はＹ軸に沿ってスキャンされてよく、例えば、基板主要面は、スキャン中にＸ－Ｙ平面に平行に配置される。この様態では、基板１１４のスキャンの結果として基板１１４の全体が傾斜したイオンビーム１１０及びラジカルビーム１０８に曝露されうる一方、基板１１４の方形部分（図１Ｂの網掛けエリア参照）だけが、任意の所与の瞬間に、イオンフラックス又はラジカルフラックスに曝露される。基板台１１２をスキャンすることによって提供される追加的な特徴は、傾斜したイオンビーム１１０及びラジカルビーム１０８によって提供されるエッチング動作を、基板１１４上の位置の関数としてチューニング又は調整する能力である。

［００３０］図１Ｃは、抽出アセンブリ１０６の一実施形態の詳細を示している。図示しているように、この抽出アセンブリは、第１開孔１２６Ａを有する第１電極１０６Ａを含む二電極アセンブリであり、第２電極１０６Ｂは第２開孔１２６Ｂを含む。抽出アセンブリの電極は折れ曲がっており（折れ曲がった（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）形状を画定し）、各電極は、上側部分１０５、傾斜部分１０７、及び下側部分１０９を有し、上側部分１０５及び下側部分１０９がＸ－Ｙ平面に平行に載置される一方、傾斜部分１０７は、Ｘ－Ｙ平面に対して非ゼロの傾斜角度を形成する。第１電極１０６Ａと第２電極１０６Ｂの傾斜部分１０７はそれぞれ、開孔１０７Ａと開孔１０７Ｂを含む。開孔１０７Ａは、開孔１０７Ｂに対して、Ｙ方向に沿って側方に変位している（Ｄで表わされている変位を参照のこと）開孔１０７Ａ及び開孔１０７Ｂは、図１Ｂに概括的に示しているように、幅方向（Ｘ方向）に沿って狭長でありうる。様々な非限定的な実施形態において、傾斜部分が２０ｍｍ～５０ｍｍの長さＬまで延在しうる一方、開孔１０７Ａ及び１０７Ｂの高さは、５ｍｍ～２０ｍｍというオーダーでありうる。

［００３１］加えて、所与の開孔は傾斜部分の平面に沿って延在すると考えられうるという点で、開孔は傾斜していると言える。そのため、第１電極１０６Ａと第２電極１０６Ｂとの間の電圧差によって画定される電場は、傾斜部分１０７の傾斜角度に対して概して垂直な、（Ｘ－Ｙ平面の垂線に、更に上側部分１０５及び下側部分１０９の平面に対する）非ゼロの入射角度（θと図示している）に沿って、位置合わせされる。ゆえに、傾斜部分１０７を適切な傾斜角度に配置することによって、傾斜イオンビームが基板（基板の平面はＸ－Ｙ平面に平行である）に対して望ましい角度で導かれることが可能になる。

［００３２］留意すべきは、他の実施形態では、図１Ｄに示しているように、傾斜イオンビームは平面電極を使用して生成されることもある。この例では、平面抽出アセンブリ１５６は、Ｘ－Ｙ平面に平行に載置された第１電極１５６Ａ及び第２電極１５６Ｂを含み、開孔１５８Ａに対する開孔１５８ＢのＸ－Ｙ平面内の側方変位は、第１平面に平行なＹ方向の第２方向に沿って発生している。図１Ｄに示しているように、開孔の互いに対するシフトは、確立される電場の方向により、逆の様態で、イオンビーム１６０の入射角度をシフトさせる効果を有する。ゆえに、図１Ｄの実施形態は、逆方向に加速されるイオンビームが開孔のシフトによりピンチオフされうることにおける、制限を提示している。加えて、イオン源１０２から抽出される中性フラックス又はラジカルフラックスは、イオンビーム１６０の方向とは位置が合わず、異なる方向に進む傾向がある。

［００３３］本開示の更なる実施形態では、システム及び処理装置に、物理的な平均測角値についてのビーム角度のインシトゥ（その場）角度調整を可能にする能力を有する、多電極抽出アセンブリが設けられうる。ここで図２Ａを参照するに、本開示の実施形態による、システム２００の概略断面が示されている。システム２００は、システム１００に関連して上述した様々な構成要素を含んでよく、同様の構成要素は同じく付番されている。システム１００と同様に、イオン源１０２に隣接して抽出アセンブリが設けられる。この場合、３つの電極を有する抽出アセンブリ２０６が示されているが、他の非限定的な実施形態により、二電極（ダイオード）又は４電極（テトロード）の構成も可能である。様々な実施形態において、抽出アセンブリ２０６は、図２Ｂに示しているように、概して方形の断面を有する傾斜イオンビーム２１０を生成するために、概して方形で狭長形の抽出開孔を含みうる。抽出開孔及びイオンビームのアスペクト比（Ｘ次元／Ｙ次元）は、様々な非限定的な実施形態によると、２／１、３／１、５／１、１０／１、５０／１、１００／１であることも、これを上回ることもある。様々な実施形態では、イオン源１０２はＲＦプラズマチャンバとして構成されうるが、別の種類のイオン源チャンバも可能である。

［００３４］様々な実行形態において、イオン源１０２は、所与のイオンエネルギーの傾斜イオンビーム２１０を生成するために、抽出電源２１４を使用して、所与の抽出電位で、基板１１４（図では基板台１１２上に配置されている）に対してバイアスされうる。基板１１４は、図示しているように処理チャンバ１２２内に配置されうる。図２Ａに示している実施形態では、抽出アセンブリ２０６は、イオン源１０２によって形成されるプラズマチャンバの面の直近に隣接して配置された第１電極２０６Ａと、第２電極２０６Ｂ及び第３電極２０６Ｃとを含む。これらの電極は、互いから、（例えば図１Ｃの）抽出アセンブリ１０６に関連して説明したのと同様に、抽出アセンブリ２０６において非ゼロの傾斜角度θを画定するように変位してよく、このジオメトリにより、傾斜イオンビーム２１０に、非ゼロの傾斜角度θに合致する非ゼロの入射角度が付与されうる。様々な非限定的な実施形態において、θの値は、５度と８５度との間で変動しうる。一実施形態では、接地に対して、第１電極２０６Ａは正電位に設定され、第２電極２０６Ｂは負電位に設定されてよく、かつ第３電極２０６Ｃは接地に設定されうる。

［００３５］抽出電源２１４は、傾斜イオンビーム２１０を抽出するために抽出電圧を提供することに加えて、抽出アセンブリ２０６の開孔領域２１２内の電場を操作するために、抽出アセンブリ２０６の一又は複数の電極に個別に電圧を供給しうる。この様態では、第１電極２０６Ａ、第２電極２０６Ｂ、及び第３電極２０６Ｃにおける開孔同士の相互オフセットが、傾斜イオンビーム２１０の第１入射角度（θと図示している）を設定しうると共に、抽出電源２１４は、電極に個別に電圧を供給することによって、θの値を調整又は微調整しうる。例えば、一部の実施形態では、抽出電源２１４及び抽出アセンブリ２０６は、４５度という平均値を有するθを、θを４０～５０度で変動させる調整可能性を伴って、提供しうる。

［００３６］様々な実施形態において、θの値の調整は、基板１１４の傾斜イオンビーム２１０への曝露中に動的に行われうる。この動的な調整により、基板１１４の種々の部分が、傾斜イオンビーム２１０によって別様に処理されることが可能になる。例えば、システム１００に関連して前述したように、基板台１１２は、少なくともＹ軸に沿ってスキャン可能でありうる。ゆえに、基板１１４のスキャン中に抽出アセンブリ２０６の別々の電極に印加される電極電位を調整することによって、傾斜イオンビーム２１０は、種々の領域における垂線１２０に対して異なる入射角度で、基板１１４に衝突しうる。動的に調節を行うこの能力により、基板１１４の両端間で、傾斜構造物の平均傾斜角度が変動することが可能になりうる。

［００３７］図２Ａに更に示しているように、システム２００は、抽出アセンブリ２０６に連結された電極駆動部２１６を含みうる。詳細には、電極駆動部２１６は、抽出アセンブリ２０６の電極のうちの一又は複数に連結されうる。電極駆動部２１６は、抽出アセンブリのそれぞれの開孔の相対位置を変え、それに応じて傾斜角度の値を変えるように、抽出アセンブリ２０６の電極のうちの少なくとも１つを、他の電極に対して、例えばＹ軸に沿って、機械的にシフトさせうる。一部の実施形態によると、電極駆動部２１６によるθの値の調整は、上述した抽出電源２１４を使用する動的な調整と同様に、基板１１４の傾斜イオンビーム２１０への曝露中に動的に行われうる。

［００３８］システム２００は、θの値の調整（例えば動的な調整）を容易にするために、コントローラ２１８を含んでよく、コントローラ２１８は、一又は複数の構成要素（例えば抽出電源２１４、電極駆動部２１６、又は基板台１１２）に連結されうる。動的な工程において、コントローラ２１８は、傾斜イオンビームへの曝露中（例えば、基板台１１２のスキャン中）にθの値を変えるために、抽出電源２１４、電極駆動部２１６、又はこれら２つの組み合わせを制御しうる。

［００３９］図３Ａ及び図３Ｂを参照するに、２つの異なる過程における、本開示の実施形態による処理動作のジオメトリが示されている。図３Ａ及び図３Ｂの状況では、層１１６のエッチングの別々の段階が図示されている。図３Ａの抽出アセンブリでは、それぞれ正電位と接地に連結された第１電極２０６Ａと第３電極２０６Ｃとが使用されている。図３Ａでは、上述した層１１６の処理の初期段階が図示されており、層１１６Ａと付番されている。層１１６に反応性傾斜イオンエッチングが行われた時に層１１６内に傾斜構造物が画定されるよう、層１１６の上面には格子マスク２１５が設けられている。格子マスク２１５及び層１１６は、当該技術分野において既知である、別々の材料の任意の好適な組み合わせであってよく、これにより、傾斜イオンビームと共に提供される適切な反応性イオンエッチング化学物質によって、層１１６の選択的エッチングが実現される。例えば、層１１６は酸化物でありうる一方、格子マスク２１５は窒素又は炭素がベースの材料である。図３Ａの状況においては、傾斜イオンビーム２１０Ａは、（Ｚ軸に対して）第１の非ゼロの入射角度（θ_１と図示している）で、層１１６に導かれる。これと同時に、基板１１４は、実線の矢印によって示しているように、Ｙ軸に沿って左方向にスキャンされうる。この過程では、層１１６の一部分は、傾斜構造物２１８Ａがエッチングされるように傾斜イオンビーム２１０Ａに既に曝露されており、傾斜構造物２１８Ａは、θ_１の値に又はそれに近い値に配向された側壁を有しうる。

［００４０］図３Ｂの状況では、基板１１４は既にＹ軸に沿って更に左方向にスキャンされているので、層１１６（この時点では層１１６Ｂと図示されている）の全体が、図３Ｂの過程においては、既にイオンビームに曝露されている。図３Ｂでは、抽出アセンブリ２０６の電極は、互いに対してシフトされている。この過程では、傾斜イオンビーム２１０Ｂは、この場合はθ_１のよりも小さい値を有する、（Ｚ軸に対して）第２の非ゼロの入射角度（θ_２と図示されている）で、層１１６に導かれる。入射角度の減少の結果は、θ_２の値に又はそれに近い値に配向されうる、側壁がより急勾配な傾斜構造物２１８Ｂがエッチングされることである。そのため、層１１６Ｂは傾斜構造物を有する傾斜格子となり、その傾斜角度は、Ｙ軸に沿った位置に応じて変動する。

［００４１］上述したように、システム２００は、例えばイオンビームへの曝露中にインシトゥで、抽出アセンブリ２０６の抽出トンネルの傾斜角度を変動させる能力、さもなければ、イオンビームの入射角度を動的に変動させるように抽出アセンブリ２０６の電極を操作する能力を、提供する。これと同じように、抽出アセンブリ３０６も、基板処理中にインシトゥで、非ゼロの入射角度を操作するように操作されうる。ゆえに、層１１６Ｂは、抽出アセンブリ３０６を調整しつつ基板１１４をスキャンすることによって生成されてよく、そのため、結果として得られる層１１６Ｂの構造物は、動的に生成される。様々な実施形態において、システム２００によって生成される傾斜イオンビームの入射角度は、連続的なやり方で、段階的なやり方で、連続的なやり方と段階的なやり方とを組み合わせたやり方で、又は、基板に沿った位置の関数として、層内の傾斜構造物の傾斜角度を変えるための任意の好適な所定のプロファイルにしたがって、変更されうる。

［００４２］同様に、平面抽出アセンブリ（例えば平面抽出アセンブリ１５６）を有する実施形態では、抽出イオンビームの非ゼロの入射角度を動的に変動させるために、プラズマの電気的パラメータ、抽出電圧システム、又は電極の相対的な位置付けが変更されうる。

［００４３］明示的に示しているわけではないが、更なる実施形態では、傾斜ラジカルビームの入射角度は、傾斜イオンビームに関して図３Ａ及び図３Ｂに示している動作と同様に変更されうる。傾斜抽出トンネルの軸の傾斜角度を変えるために種々の電極における開孔が系統的にシフトされる一部の例では、ラジカルビームの入射角度の変化は、本質的に抽出トンネルの傾斜角度の変化と共に変わりうる。換言すると、傾斜抽出トンネルは、イオン源から放出される中性物質の軌道を物理的に制限するので、抽出トンネルの傾斜角度を変える開孔の相対位置の変化により、イオン源から放出される中性物質（ラジカルなど）の平均方向も変わることになる。傾斜イオンビームの入射角度を変えるために抽出アセンブリ２０６の一又は複数の電極に静電偏向が適用される、他の実施形態では、傾斜ラジカルビームが全て中性種で構成されることもあるので、傾斜ラジカルビームの入射角度は必ずしも付随的に変わるわけではない。

［００４４］更に、図３Ａ及び図３Ｂに示している動作は、基板の右側部分でエッチングが開始される前に左側部分が完全にエッチングされうるので、格子の最終的な構造は基板の単一回のスキャンで画定されることを示唆しているが、様々な実施形態によると、不均一なエッチング動作が複数回のスキャンにおいて実施されることもある。ゆえに、同じエッチングレシピを反復的に実施して、複数回のスキャンにおいて基板の両端間で入射角度を変動させることによって、基板の両端間で傾斜構造物の平均入射角度が変更されうる。

［００４５］図４は、本開示の様々な実施形態によるプロセスフロー４００を示している。ブロック４０２において、プロセスチャンバ内に基板が提供され、この基板は、基板平面内に主要面を有するよう配置される。基板は、基板ベースと、基板ベース上に配置された層（格子層など）とを含みうる。ブロック４０４において、プロセスチャンバに隣接したプラズマチャンバ内でプラズマが生成され、このプラズマはイオン及びラジカルを含む。

［００４６］ブロック４０６において、プラズマチャンバとプロセスチャンバとの間に抽出アセンブリが提供される。この抽出アセンブリは、一部の実施形態では、プラズマチャンバの一面から延在するよう配置されうる。様々な実施形態によると、抽出アセンブリは、少なくとも２つの電極（例えば３つの電極又は４つの電極）を含みうる。各電極に開孔が配置されてよく、種々の電極における開孔は、傾斜抽出トンネルを画定するよう構成される。傾斜抽出トンネルは、基板平面の垂線に対する非ゼロの傾斜角度に沿って位置合わせされた軸を有しうる。

［００４７］ブロック４０８において、抽出アセンブリに抽出電圧が印加され、傾斜イオンビーム及びラジカルビームが抽出されて、垂線に対して非ゼロの入射角度で基板へと導かれる。抽出電圧は、種々の実施形態において、連続電圧又はパルス電圧として印加されうる。そのため、傾斜したイオンビーム及びラジカルビームは、格子層をエッチングして基板内に傾斜格子を形成することが可能であり、この傾斜格子は、第１側壁と第１側壁に平行な第２側壁とを有する傾斜構造物を含む。

［００４８］図５は、本開示の他の実施形態による、更なるプロセスフロー（プロセスフロー５００として図示している）を示す。ブロック５０２において、プロセスは、上述したブロック４０４から進行する。ブロック５０２において、プラズマチャンバとプロセスチャンバとの間に調整可能な抽出アセンブリが提供され、この調整可能な抽出アセンブリは、基板平面の垂線に対して第１の非ゼロの傾斜角度で位置合わせされた軸を有する傾斜抽出トンネルを画定する、少なくとも２つの電極を含む。

［００４９］ブロック５０４において、調整可能な抽出アセンブリに抽出電圧が印加され、傾斜イオンビームが抽出されて、基板が第１位置に配置されている場合には、基板平面の垂線に対して第１の非ゼロの入射角度で基板へと導かれる。様々な非限定的な実施形態において、この入射角度の値は、５度～８５度の範囲にわたりうる。

［００５０］ブロック５０６において、基板平面内に延びるスキャン方向に沿って、第１位置から第２位置まで、基板がスキャンされる。

［００５１］ブロック５０８において、抽出アセンブリに、抽出電圧が印加されている間に制御信号が印加され、傾斜イオンビームが抽出されて、基板が第２位置に配置されている場合には、基板平面の垂線に対して第２の非ゼロの入射角度で基板へと導かれる。一部の例では、制御信号は、傾斜抽出トンネルを通る傾斜イオンビームを静電偏向させ、傾斜抽出トンネルの電極を移動させないままで傾斜イオンビームの軌道を変えるように、抽出アセンブリの一又は複数の電極に印加される電圧を調整するよう、印加されうる。他の実施形態では、制御信号は、電極アセンブリの少なくとも１つの電極の他の電極（複数可）に対する相対位置を調整し、かつ傾斜抽出トンネルの非ゼロの傾斜角度を変更するよう、電極駆動部に印加されうる。更に別の実施形態では、制御信号は、少なくとも１つの電極に印加される電圧と、更に、電極アセンブリの少なくとも１つの電極の他の電極に対する相対位置とを、変化させうる。

［００５２］本書の実施形態は、反応性イオンビームエッチングを発生させるための既知の処理装置と比較して、様々な利点を提供する。１つには、本書の実施形態の抽出アセンブリは、単純な基板の線形スキャンを使用するアイソセンタ式スキャンを維持しつつ、傾斜イオンビームとラジカルビームとを抽出し、基板へと導くことが可能な、構成を提供する。「アイソセンタ式スキャン（ｉｓｏｃｅｎｔｒｉｃ ｓｃａｎｎｉｎｇ）」とは、この意味では、基板を機械的にスキャンする方向が、処理されている基板の表面に平行な平面内にある、スキャンのことを指す。この利点により、例えばイオンビーム又はラジカルビームがビーム拡散を示す場合に、基板の別々の部分を異なるビーム密度で処理することが回避される。スキャン方向が基板平面に平行ではないことがある、非アイソセンタ式スキャンでは、基板のビーム源から遠い部分は、拡散したイオンビーム及び／又はラジカルビームから受けるフラックス密度が低くなりうる。本書の実施形態の別の利点は、コリメートされたイオンビームフラックス及びラジカルビームフラックスを抽出トンネルから基板へと導く能力により、平行かつ直線的な側壁を正確にエッチングする能力である。更なる利点は、本書の実施形態のトライオード構成において、ビーム電流の増大 制御の集中、及び電子抑制を実現する能力にある。本開示の実施形態の別の利点は、傾斜イオンビーム及び／又は傾斜ラジカルビームの入射角度をインシトゥでチューニングし、新規なエッチングプロセス（例えば「ローリングｋベクトル（ｒｏｌｌｉｎｇ ｋ ｖｅｃｔｏｒ）」エッチング）を発生させて、光学格子で使用される新規な傾斜構造物を製造することを可能にする能力である。

［００５３］本書では、本開示のある種の実施形態について説明してきたが、本開示は当該技術分野が許容する限り広い範囲にわたり、本明細書も同様に読まれうるので、本開示は本書での説明に限定されるわけではない。したがって、上記の説明は、限定として解釈すべきではない。その代わり、上記の説明は、特定の実施形態の例示にすぎない。当業者には、付随する特許請求の範囲及びその本質における、他の改変も想起されよう。

Claims (12)

1. プラズマ源であって、
   第１平面を画定する第１の面を備える、プラズマチャンバと、
   前記プラズマチャンバの前記第１の面に隣接して配置され、少なくとも２つの電極を備える抽出アセンブリと、を備え、
   第１電極が前記プラズマチャンバの前記第１の面の直近に隣接して配置され、
   第２電極が、前記第１平面に対して垂直な第１方向に沿って、前記第１電極からの垂直変位を画定し、
   前記第１電極及び前記第２電極は、上側部分と、傾斜部分と、下側部分とを備える折れ曲がった形状を有し、前記上側部分及び前記下側部分は前記第１平面に平行であり、
   前記第１電極が第１開孔を備え、前記第２電極が第２開孔を備え、
   前記第１開孔は、前記第１平面に平行な第２方向に沿って、前記第２開孔からの側方変位を画定し、
   前記垂直変位及び前記側方変位は、前記第１平面の垂線に対して非ゼロの傾斜角度を画定し、
   前記第１電極及び前記第２電極は、前記第２方向に沿って互いに対して移動するよう構成されている、プラズマ源。
2. 前記抽出アセンブリが３つの電極を備え、
   第３電極が、前記第１方向に沿って、前記第２電極からの第２の垂直変位を画定し、
   前記第３電極が第３開孔を備え、
   前記第３開孔は、前記第２方向に沿って、前記第２開孔からの第２の側方変位を画定し、
   前記第２の垂直変位及び前記第２の側方変位は前記非ゼロの傾斜角度を画定する、請求項１に記載のプラズマ源。
3. 前記第１開孔及び前記第２開孔は、前記第１平面内に延びる第３方向に沿って狭長であり、かつ前記第２方向に対して垂直に延在する、請求項１に記載のプラズマ源。
4. 前記抽出アセンブリに連結された抽出電源であって、前記抽出アセンブリに抽出電圧のセットを発生させるよう構成された抽出電源を更に備え、プラズマが存在している時に、前記プラズマチャンバからイオンビームが抽出される、請求項１に記載のプラズマ源。
5. 基板をパターニングする方法であって、
   基板を提供することであって、前記基板の主要面が基板平面を画定し、前記基板は格子層と、前記格子層の下のベース層とを備える、基板を提供することと、
   プラズマチャンバ内の前記基板の近隣で、プラズマを生成することと、
   前記プラズマチャンバに隣接した抽出アセンブリに抽出電圧を印加することであって、前記抽出アセンブリは少なくとも２つの電極を備え、前記少なくとも２つの電極は、前記基板平面の垂線に対して非ゼロの傾斜角度で配置された傾斜抽出トンネルを画定する、抽出電圧を印加することと、を含み、
   前記少なくとも２つの電極のうちの第１電極及び第２電極は、上側部分と、傾斜部分と、下側部分とを備える折れ曲がった形状を有し、前記上側部分及び前記下側部分は前記基板平面に平行であり、
   前記第１電極及び前記第２電極は、前記基板平面に平行な方向に沿って互いに対して移動するよう構成されており、
   前記抽出アセンブリから傾斜イオンビームが抽出され、前記傾斜イオンビームは、前記基板平面に対して非ゼロの入射角度を画定し、
   前記傾斜イオンビームは、前記格子層をエッチングして傾斜格子を形成する、
   方法。
6. 前記非ゼロの入射角度は５度と８５度との間の角度である、請求項５に記載の方法。
7. 前記プラズマが複数のラジカルを生成し、前記複数のラジカルは、前記傾斜イオンビームの前記非ゼロの入射角度と一致するビーム軌道を有するラジカルビームとして、前記傾斜抽出トンネルを通って導かれコリメートされる、請求項５に記載の方法。
8. 前記格子層上に格子マスクを提供することを更に含み、前記傾斜イオンビーム及び前記ラジカルビームは、傾斜反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）ビームを含み、前記傾斜ＲＩＥビームは、前記格子層をエッチングして複数の格子構造物を形成し、前記複数の格子構造物は第１傾斜側壁及び第２傾斜側壁を画定し、前記第２傾斜側壁は、前記第１傾斜側壁に平行である、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１電極が第１開孔を備え、前記第２電極が第２開孔を備え、前記第１開孔は、前記基板平面に平行なスキャン方向に沿って、前記第２開孔からの側方変位を画定し、前記第１開孔及び前記第２開孔は、前記スキャン方向に対して垂直な幅方向に狭長である、請求項５に記載の方法。
10. 前記傾斜イオンビームが前記格子層をエッチングしている間に、前記スキャン方向に沿って前記基板をスキャンすることを更に含む、請求項９に記載の方法。
11. スキャン中に、前記非ゼロの入射角度を変えるよう前記抽出アセンブリを調整することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
12. システムであって、
    第１平面を画定する第１の面を備えるプラズマチャンバと、
    前記プラズマチャンバの前記第１の面に隣接して配置され、少なくとも２つの電極を備える、抽出アセンブリであって、
    前記少なくとも２つの電極が、前記第１平面の垂線に対して非ゼロの傾斜角度で配置された傾斜抽出トンネルを画定し、
    前記少なくとも２つの電極の第１電極及び第２電極は、上側部分と、傾斜部分と、下側部分とを備える折れ曲がった形状を有し、前記上側部分及び前記下側部分は前記第１平面に平行であり、
    前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１平面に平行な方向に沿って互いに対して移動するよう構成されている、抽出アセンブリと、
    基板を支持するよう構成された基板台であって、前記基板の主要面が前記第１平面に平行な基板平面を画定し、前記傾斜抽出トンネルに対して前記基板をスキャンするよう更に構成された、基板台と、
    前記抽出アセンブリに連結され、かつ電圧を印加するよう構成された抽出電源であって、前記プラズマチャンバ内にプラズマが存在している時に、傾斜イオンビームが、前記抽出アセンブリを通って前記基板へと導かれ、かつ前記第１平面に対して非ゼロの入射角度を画定する、抽出電源と、を備える、
    システム。

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