KR102607633B1 - 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템 및 기판을 처리하는 방법 - Google Patents

반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템 및 기판을 처리하는 방법 Download PDF

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Abstract

반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템 및 기판을 처리하는 방법이 제공된다. 시스템은 기판을 지지하도록 구성된 기판 스테이지를 포함할 수 있으며, 여기에서 기판의 메인 표면은 기판 평면을 획정한다. 시스템은, 기판 평면에 대한 수선에 대하여 비-제로(non-zero) 입사각을 획정하는 궤적을 따라 이온 빔을 기판으로 보내도록 배향된 추출 어셈블리를 포함하는 이온 소스를 포함할 수 있다. 시스템은, 기판 평면에 대한 수선에 대하여 비-제로 입사각을 획정하는 궤적을 따라 라디칼 빔을 기판으로 보내도록 배향된 라디칼 소스를 포함할 수 있다. 기판 스테이지는, 기판의 메인 표면이 기판 평면 내에 배향되어 있는 동안 기판 평면과 함께 놓인 제 1 방향을 따라 기판을 스캔하도록 추가로 구성될 수 있다.

Description

반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템 및 기판을 처리하는 방법
관련 출원들
본 출원은 SCANNED ANGLED ETCHING APPARATUS HAVING SEPARATE RIBBON FLUXES OF CO-LINEAR REACTIVE RADICALS AND ENERGETIC IONS라는 명칭으로 2018년 12월 17일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/780,729호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 본원에 참조로서 통합된다.
기술분야
본 개시는 광학적 엘리먼트들을 포함하는 각진 구조체들을 생성하기 위한 기판 프로세싱에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 격자와 같은 각진 구조체들을 형성하기 위한 접근 방식들에 관한 것이다.
광학적 격자들과 같은 각진 특징부들을 포함하는 기판 내에 디바이스들을 형성하는 것은, 반응성 이온 빔 에칭 및 관련 기술들을 포함하여 반응성 에칭의 사용을 수반할 수 있다. 흔히, 이온들 및 라디칼들 둘 모두가 에칭을 수행하기 위해 기판으로 보내진다. 거시적 표면에 걸쳐, 예컨대 큰 웨이퍼에 걸쳐 각진 구조체들을 에칭하기 위하여, 기판은, 스캔 방향 그리고 이온 빔 및 라디칼들에 대하여 틸팅(tilt)되면서 이온들의 소스 또는 라디칼들의 소스에 대하여 스캔되거나 또는 회전될 수 있다. 특히, 이러한 구성은, 플럭스 소스에 가장 가까운 기판의 부분이 플럭스 소스로부터 가장 많이 틸팅(tilt)된 기판의 부분에 비하여 더 작은 빔 포락선(envelope)에서 더 높은 플럭스 밀도에 노출되는 상황을 야기한다. 따라서, 비-균일 에칭 프로세스가 일어날 수 있다.
이러한 그리고 다른 고려사항들에 관하여, 본 실시예들이 제공된다.
일 실시예에 있어서, 기판을 지지하도록 구성된 기판 스테이지를 포함하는 시스템이 제공되며, 여기에서 기판의 메인 표면은 기판 평면을 획정(define)한다. 시스템은, 기판 평면에 대한 수선에 대하여 비-제로(non-zero) 입사각을 획정하는 궤적을 따라 이온 빔을 기판으로 보내도록 배향된 추출 어셈블리를 포함하는 이온 소스를 포함할 수 있다. 시스템은, 기판 평면에 대한 수선에 대하여 비-제로 입사각을 획정하는 궤적을 따라 라디칼 빔을 기판으로 보내도록 배향된 라디칼 소스를 포함할 수 있다. 기판 스테이지는, 기판의 메인 표면이 기판 평면 내에 배향되어 있는 동안 기판 평면과 함께 놓인 제 1 방향을 따라 기판을 스캔하도록 추가로 구성될 수 있다.
추가적인 실시예에 있어서, 기판을 처리하는 방법은 기판 스테이지 상에 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 기판은, 기판 평면을 획정하는 기판의 메인 표면에 의해 특징지어질 수 있다. 방법은, 기판 평면에 대한 수선에 대하여 비-제로 입사각을 획정하는 궤적을 따라 이온 빔을 기판으로 보내는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 기판 평면에 대한 수선에 대하여 비-제로 입사각을 획정하는 궤적을 따라 라디칼 빔을 기판으로 보내는 단계, 및 제 1 방향을 따라 기판을 스캔하는 단계로서, 제 1 방향은 기판 평면과 함께 놓이며, 한편 기판의 메인 표면은 기판 평면 내에 배향되는, 단계를 더 포함할 수 있다.
추가적인 실시예에 있어서, 기판을 지지하고, 기판의 메인 표면에 의해 획정된 기판 평면 내에 놓인 제 1 방향을 따라 기판을 스캔하도록 배열되는 기판 스테이지를 포함하는 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템이 제공된다. 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템은, 플라즈마 챔버의 측면을 따라 배치되며 기판 스테이지를 향하는 추출 어셈블리를 포함하는 플라즈마 챔버를 포함할 수 있다. 추출 어셈블리는, 이온 빔을 추출하고 기판 평면에 대한 수선에 대하여 비-제로 입사각을 따라 이온 빔을 보내도록 배향된 복수의 추출 전극들을 포함할 수 있다. 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템은, 기판 평면에 대한 수선에 대하여 비-제로 입사각을 획정하는 궤적을 따라 라디칼 빔을 보내도록 배향된 라디칼 소스를 포함할 수 있다. 이와 같이, 기판의 주어진 영역은, 기판이 제 1 방향을 따라 스캔될 때 순차적인 방식으로 이온 빔 및 라디칼 빔에 노출된다.
첨부된 도면들은, 그 원리들의 실제적인 애플리케이션을 포함하는 본 개시의 예시적인 접근 방식을 예시한다.
도 1a 및 도 1b는 예시적인 시스템의 측면도 및 개략적인 상단 평면도를 도시한다.
도 1c는 다른 예시적이 시스템의 측면도를 도시한다.
도 1d는 예시적인 라디칼 소스의 측면도를 도시한다.
도 1e는 라디칼 소스의 예시적인 노즐의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 에칭 기하구조의 세부사항들을 나타낸다.
도 3은 기준 에칭 기하구조를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c는 기판을 스캔하기 위한 기준 배열을 예시한다.
도 5는 예시적인 프로세스 흐름을 나타낸다.
도면들이 반드시 축적이 맞춰져야 하는 것은 아니다. 도면들은 단지 표현들이며, 본 개시의 특정 파라미터들을 표현하도록 의도되지 않는다. 도면들은 본 개시의 예시적인 실시예들을 묘사하도록 의도되며, 따라서 범위를 제한하는 것으로서 간주되지 않아야 한다. 도면들 내에서, 유사한 번호들이 유사한 엘리먼트들을 나타낸다.
이제 이하에서 본 실시예들이, 일부 실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 더 완전하게 설명될 것이다. 본 개시의 내용이 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 기술되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 철저해질 수 있도록 제공되며, 본원의 범위를 당업자들에게 완전하게 전달할 것이다. 도면들에서, 유사한 도면번호들이 전체에 걸쳐 유사한 엘리먼트들을 지칭한다.
다양한 실시예들에 있어서, 신규한 플라즈마 소스가 제공되며, 여기에서 플라즈마 소스들이 배열되고, 여기에서, 플라즈마 소스들의 출력 개구들이 이온들 및 라디칼들의 플럭스가 공동-선형(co-linear)이 되는 것을 가능하게 하고 라디칼 플럭스 및 이온 플럭스 둘 모두의 평균 각도가 동일하며, 2개의 플럭스들의 각도 확산이 유사하도록 에너지(energetic) 이온들 및 라디칼들이 생성된다.
일부 실시예들에 있어서, 에너지 이온들, 반응성 라디칼들, 및 중화 전자(neutralizing electron)들의 독립적인 플럭스에 의해 각진 특징부들(트렌치들, 홀들, 측벽들, 경사들, 등)의 균일한 반응성 라디칼 보조 이온 빔 에칭을 달성하기 위한 장치가 제공된다. 다양한 실시예들에 따르면, 이온 플럭스들 및 라디칼 플럭스들은 리본 형상을 가지며, 균일한 등심성(isocentric) 프로세스를 달성하기 위해 기판이 이러한 플럭스들을 통해 스캔되는 동안 기판 법선에 대해 소정의 각도로 보내진다. 이온들 및 라디칼들의 플럭스의 공동-선형성(co-linearity)이 달성되며, 여기에서 중성 플럭스의 평균 각도는, 종횡비 종속 에칭(aspect ratio dependent etching; ARDE)을 최소화하기 위해 기판 각진 에칭 특징부와 같은 기판 특징부의 에칭 전방(front)으로 이동하는 반응성 라디칼들의 양을 최소화하기 위하여 이온 플럭스의 평균 각도와 동일하거나 또는 가깝다. 이온들 및 라디칼들의 독립적으로 생성되고 제어되는 플럭스들의 생성은 에칭 프로세스들의 더 넓고 최적의 범위를 가능하게 한다.
따라서, 본 실시예들은, 등심성 선형 스캐닝, 공동-선형 리본-형 이온 및 라디칼 플럭스들, 및 2개의 별개의 플라즈마 소스들을 사용하는 것에 의한 이온 및 라디칼 플럭스들의 독립적인 제어를 통해 각진 에칭을 수행하기 위한 능력을 제공한다. 이온 주입 프로세싱에서, 용어 "등심성"은, 기판의 기계적 스캔 방향이 주입되는 기판의 표면에 평행한 평면 내에 존재하는 것을 의미한다. 따라서, 본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "등심성"은, (메인 웨이퍼 표면과 같은) 기판의 메인 표면이 스캔 방향의 평면에 평행한 평면 내에 배향되는, 기판을 프로세싱하기 위한 유사한 기하구조를 지칭할 수 있다.
도 1a는 본 개시의 실시예들에 따른 시스템(100)의 전반적인 단면을 예시한다. 시스템(100)은, 트라이오드(triode) 추출 어셈블리와 같은 추출 어셈블리(104)를 포함하는 이온 소스(102)를 포함한다. 다양한 실시예들에 있어서, 이온 소스(102)는 플라즈마 챔버를 포함하며, 추출 어셈블리(104)는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 전반적으로 직사각형 단면을 갖는, 이온 빔(106)을 생성하기 위한 전반적으로 직사각형이고 세장형(elongated)의 추출 개구들을 포함한다. 이온 빔뿐만 아니라 추출 개구들의 종횡비(X-치수/Y-치수)는 다양한 비제한적인 실시예들에 따라 2/1, 3/1, 5/1, 10/1, 50/1, 또는 그 이상일 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 이온 소스(102)는 RF 플라즈마 챔버로서 구성될 수 있지만, 반면 다른 유형들의 이온 소스 챔버들이 가능하다. 추출 어셈블리(104)는, 추출, 억제, 및 접지 개구들을 포함하는 트라이오드 배열일 수 있다. 실시예들이 이러한 맥락으로 제한되지 않는다.
다양한 비제한적인 실시예들에 있어서, 이온 소스 플라즈마는 전형적으로 비활성 가스, 질소, 산소, 수소, 탄화 수소(CyHx)들, 할로겐 함유 분자들(CxFy, NFx, SFx, 등), 또는 이들의 임의의 조합 중 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 이온 소스(102)는, 이온 빔(106)에 대해 주어진 이온 에너지를 생성하기 위해, 주어진 추출 전위에서 기판(108)에 대해 바이어싱될 수 있다. 기판(108)은 별개의 프로세스 챔버(미도시) 내에 배열될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 추출 어셈블리(104)는, 웨이퍼 표면과 같은 기판의 메인 표면에 의해 획정된 기판 평면(X-Y) 평면에 대한 수선(Z-축)에 대하여 주어진 비-제로 입사각(θ)을 형성하는 궤적을 따라 이온 빔(106)을 보내도록 배열될 수 있다.
시스템(100)은 라디칼 소스(110)를 더 포함할 수 있으며, 여기에서 라디칼 소스(110)는 라디칼 빔(112)으로 도시된 라디칼들의 플럭스를 생성하도록 배열된다. 라디칼 빔(112)은 중성입자들을 포함할 수 있다. 라디칼 소스는 플라즈마 라디칼 소스일 수 있다. 라디칼 소스(110)는 rf-생성형 플라즈마 소스일 수 있으며, 여기에서 반응성 라디칼들은 다른 가스들(예를 들어, 비활성 가스들, 산소, 질소, 수소, 탄화 수소(CyHx)들, 등)의 혼합물에 더하여 할로겐 함유 분자 가스들(CxFy, NFx, SFx, 등)로부터 생성된다. 라디칼 소스(110)는, 이온 빔(106)의 각도와 동일한 수선(Z-축)에 대한 주어진 비-제로 입사각을 따라 라디칼 빔을 보내기 위한 개구를 포함할 수 있다. 이온 빔(106)과 유사하게, 라디칼 빔(112)은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서 X-축을 따라 세장형일 수 있다. 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 라디칼 소스(110)가 개별적으로 전력이 공급되고 개별적으로 이온 소스(102)로부터 가스가 공급될 수 있기 때문에, 라디칼 플럭스 대 이온 플럭스의 비율은 독립적으로 제어될 수 있으며, 이는 공동 선형 라디칼들 및 이온들을 보내기 위한 튜닝가능 프로세스를 제공한다. 일반적으로, 라디칼 빔(112)은 이온들의 일부 부분(fraction)을 갖는 대부분의 반응성 중성 입자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 가스는 CF4(사불화 탄소)일 수 있다. CF4 자체는 (불활성 아르곤 또는 N2와 같이) 매우 불활성이지만, (플라즈마 에너지 전자들에 의해) 플라즈마에서 해리될 때 부모 CF4는 CF3, CF2, CF, F, C와 같은 딸 조각(daughter fragment)들로 분해될 것이다.　 이제 개방 결합을 갖는 불소 함유 딸 조각들은 화학적으로 반응성이며 표면 에칭 프로세스에 대해 유용하다. 　중성 CFx 라디칼들을 생성하는 것에 더하여, CFx +와 같은 이온화된 라디칼들이 마찬가지로 존재할 것이지만, 전체 플럭스는 다양한 실시예들에서 주로 중성입자들이다. 　
다양한 실시예들에 있어서, 기판(108)은 도시된 직교 좌표계에서 Y 축을 따라 스캔될 수 있으며, 여기에서 메인 기판 표면은 스캔 동안 X-Y 평면에 평행하게 배열된다. 도 1a의 예시에 있어서, 기판(108)은 주어진 비-제로 입사각으로 충돌하는 이온들 및 라디칼들의 플럭스를 통해 (Y-축을 따라) 수직으로 스캔된다. 다른 실시예들에 있어서, 도 1a의 장치는 기판이 수평으로 스캔되도록 배향될 수 있으며, 여기에서 도 1a에 도시된 다양한 컴포넌트들은 서로에 대해 동일한 상대적인 배향을 갖도록 배열된다. 따라서 이온 소스(102) 및 라디칼 소스(110) 둘 모두의 출력들은 기판 스캔 방향(Y-축)에 대하여 동일한 비-제로 각도를 따라 공동-선형적으로 보내지며, 따라서 등심성 프로세스를 달성할 수 있다(이는 각도들의 확산이 평균 비-제로 입사각 주변에 있는 것을 가능하게 한다). 증화 플라즈마 소스(130)로 도시된 중화 소스가 또한, 이온 빔 공간 전하 및 기판 상의 임의의 과도한 포지티브 전하 둘 모두를 중화하기 위해 이온 빔 근처에 전자들을 생성하기 위해 시스템(100) 내에 제공될 수 있다.
(기판 평면 또는 스캔 평면에 수직하는) Z-축에 대하여 비-제로 입사각으로 이온 빔을 생성하기 위하여, 일 실시예에 있어서, 전체 이온 소스는 도 1a에 제안된 바와 같이 스캔 평면(X-Z) 평면에 대해 틸팅될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 이온 소스는 기판(108)을 하우징하는 프로세스 챔버에 인접한 플라즈마 챔버로서 배열될 수 있으며, 여기에서 이온 소스(102A)는 트라이오드 구성(또는 테트로드(tetrode), 또는 더 큰 수의 전극들)을 갖는 추출 어셈블리(104A)를 포함한다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 시스템(150)이 제공되며, 여기에서 추출 어셈블리는 "틸팅된 추출 전극" 기하구조에 의해 획정된다. 다양한 전극들(이러한 경우에 3개의 전극들이 도시되며 이는 트라이오드 기하구조를 획정함)은 기판의 평면(X-Y 평면)의 스캔 평면에 평행한 외부 부분들을 갖는 플레이트들로서 배열되며, 한편 추출 어셈블리(104A)의 개별적인 전극들은, 수선(122)으로 도시된 법선(Z-축에 평행함)에 대하여 입사각(θ)을 획정하기 위하여 Y-방향(스캔 방향)을 따라 서로 엇갈린다. 이러한 방식으로, 이온 빔(106)이 추출 어셈블리(104A)로부터 나올 때, 이온 빔(106)은 수선(122)에 대하여 동일한 입사각을 따라 보내질 수 있다. 이러한 기하구조는 유익하게는 기판(108)에 바로 인접한 이온 소스(102A)를 획정하는 플라즈마 챔버의 배치를 용이하게 하며, 여기에서 기판(108)과 이온 소스(102A) 사이의 (Z-축을 따른) 분리는 약 수 센티미터 또는 1 센티미터만큼 작을 수 있다. 추가적으로, 플라즈마 챔버(이온 소스(102A))는 수선(122)에 대해 틸팅된 이온 빔을 생성하기 위해 틸팅될 필요가 없다.
도 1d 및 도 1e는 노즐형 개구(114)를 포함하는 라디칼 소스(110)의 일 실시예의 세부사항들을 예시한다. 노즐형 개구(114)는 (입사각(θ)로 도시된) 평균 각도를 따라 중성 라디칼들을 보내는 것을 돕기 위하여 그리고 각도 확산을 입사각(θ) 주위로 제한하기 위하여 특정 깊이를 가질 수 있다. 도 1e에 예시된 바와 같이, 노즐형 개구(114)는 또한 X-축을 따라 복수의 파티션들로 분할될 수 있으며, 이는 벌집형 구조체(116)를 형성한다. 파티션들은 평면(F)으로 도시된 노즐의 면(face)을 획정한다. 다양한 파티션들은 각도 확산을 면(F)에 대한 수선(P) 주위로 제한한다. 달리 말하면, 벌집형 구조체(116)에 의해 제공되는 파티션들이 없으면, P-X 평면에서 수선(P) 주위에서 라디칼 소스(110)로부터 방출되는 플럭스의 각도 확산이 클 수 있으며, 이는 노즐형 개구(114)의 중간(M)으로부터 방출되는 라디칼들이 충돌하지 않고 에지들(E)까기 계속해서 발산할 수 있기 때문이다. 벌집형 구조체(116)는 개별적인 파티션들의 폭(W) 및 깊이(d)에 기초하여 최대 발산을 제한한다.
도 2 및 도 3은 본 개시의 실시예들에 따라 배열된 장치를 사용하는 각진 에칭의 기하구조를 예시한다. 특히, 도 2는, 도 1a 내지 도 1e의 실시예들과 같이, 본 실시예들에 의해 제공되는 고 종횡비 각진 특징부를 에칭하는 것의 장점을 도시한다. 도 2에서, 이온들 및 라디칼들의 별개의 플럭스들이 기판 스캔 방향에 대해 공동-선형 또는 서로 평행한 궤적들을 따라 보내진다. 도 2는 본 실시예들에 의해 제공되는 공동선형 라디칼 및 이온 플럭스의 기하구조를 예시한다. 특히, 라디칼 빔(112) 및 이온 빔(106)의 치수들이 축적이 맞춰져 도시되지 않을 수 있으며, 여기에서 에칭되는 트렌치(120)의 폭은 일부 예들에서 약 수 마이크로미터 또는 수 나노미터이며, 한편 라디칼 빔(112) 및 이온 빔(106)의 폭은 약 수 센티미터의 수 밀리미터이다. 따라서, 라디칼 빔(112) 및 이온 빔(106)은 도 2에서 제안된 것보다 더 큰 정도까지 (Y-축을 따라) 서로 분리될 수 있으며, 그 결과 이온 빔(106) 및 라디칼 빔(112)은 트렌치(120)를 동시에 처리하지 않는다. 오히려, 트렌치(120)는, 기판(108)이 Y-축을 따라 스캔될 때 이온 빔(106) 및 라디칼 빔(112)에 의해 순차적으로 처리될 수 있다.
도 2의 기하구조는 라디칼 플럭스 및 이온 플럭스 둘 모두가 트렌치(120)의 에칭 전방의 하단 상에 충돌하는 것을 가능하게 한다. 그에 반해서, 도 3에서, 에칭 종의 기하구조가 도시되며, 여기에서 라디칼 플럭스(132)는 이온 빔(140)으로부터 상이한 각도로 보내진다. 이러한 경우에 있어서, 이온 빔(140)은 기판 평면(X-Y 평면)에 대한 수선(Z-축)에 대하여 비-제로 입사각을 형성할 수 있으며, 이는 이온 빔(140) 및 라디칼 플럭스(132)를 사용하여 에칭함으로써 형성되는 트렌치(134)의 전반적인 경사각을 획정하는 것을 돕는다. 특히, 라디칼 플럭스는 수선(Z-축)을 따라 보내지며, 여기에서 트렌치(134)의 하단에서의 에칭 전방은, 특히, 트렌치(134)가 깊어짐에 따라 필요한 반응성 라디칼들이 부족해질 수 있고, 에칭 레이트가 느려질 것이다. 따라서, 도 3의 기하구조는 더 큰 종횡비 종속 에칭(aspect ratio dependent etch effects; ARDE) 효과들을 겪는다. 하나의 결과는 도 3의 기하구조와는 대조적으로 도 2의 기하구조에서의 상대적으로 더 빠른 전체 에칭 레이트이다.
추가적인 설명을 위해, 도 4a 내지 도 4c는 기판을 스캔하기 위한 기준 배열(200)을 예시한다. 이러한 예에 있어서, 비-등심성 스캐닝이 발생한다. 비-등심성 스캐닝은, 기판 평면에 대한 수선에 대하여 비-제로 입사각으로 틸팅되는 이온 빔 또는 라디칼 빔에 의해 특징지어진다. 그러나, (기판 평면에 평행한) 기판 평면 내의 방향을 따라 기판이 스캔되는 등심성 스캐닝과는 달리, 비-등심성 스캐닝에서 기판은 기판 평면에 대해 비-제로 각도를 형성하는 방향에서 스캔된다. 다시 말해서, 도 4a에서, 스캔 방향은 Y-축을 따르며, 반면 빔은 Z-축을 따라 보내진다. 비-등심성 스캐닝에서 각진 에칭을 달성하기 위하여, 도시된 바와 같이, 기판 평면은 Z-축에 대하여 비-제로 각도로 그리고 또한 X-Y 평면에 대하여 그리고 Y-축에 대하여 제 2 비-제로 각도로 틸팅된다. 이러한 기하구조는 다음의 방식으로 비-균일 프로세싱을 야기할 수 있다. 다수의 상황들에서, 이온들 또는 라디칼들의 빔은, 심지어 10 도 또는 그 이하와 같은 작은 발산 각도로 발산하는 발산 이온 빔뿐만 아니라 발산 라디칼 빔을 형성할 수 있다. 심지어 작은 각도 확산을 갖는 이온들 또는 라디칼들의 플럭스는, 도시된 바와 같이, Z-방향을 따라 전파됨에 따라 더 넓어질 것이다. 비-등심성 스캐닝의 기하구조때문에, 영역(108A)으로서 도시된 기판의 부분들은 이온 소스 또는 라디칼 소스에(도면에서 좌측에) 더 가깝게 배치되며, 반면, 영역(108B)으로 도시된 다른 부분들은 이온 소스 또는 라디칼 소스로부터 더 멀리에 배치되고, 기판이 Y-축을 따라 스캔될 때 그대로 남아 있는다. 도 4b 및 도 4c는, 비-등심성 방식으로 스캔될 때, 기판(108)의 상이한 부분들 내에 수용되는 차등 플럭스 밀도(이온 플럭스 밀도의 상이한 레벨들을 의미함)를 추가로 예시한다. 여기에 도시된 바와 같이, 영역(108A) 내의 틸팅된 웨이퍼(기판(108))의 하단은, 영역(202)으로 도시된 이온 빔(106)의 가장 좁은(더 조밀한) 부분을 통해 스캔된다. 비교하면, 영역(108B) 내의 틸팅된 웨이퍼의 상단 부분은 영역(204)으로 도시된 이온 빔(106)의 더 큰(덜 조밀한) 부분을 통해 스캔된다. 이온 소스 또는 라디칼 소스와 영역(108A) 사이의 거리가 이온 소스 또는 라디칼 소스와 영역(108B) 사이의 거리보다 더 가깝게 남아 있을 수 있기 때문에, 영역(108B)은 계속해서 스캔 전체에 걸쳐 더 낮은 플럭스 밀도를 수용할 수 있으며, 이는, 예를 들어, 기판 상의 상이한 포인트들에서 상이한 처리 상태들을 야기한다. 보다 더 구체적으로, 비-등심성 스캐닝 동안, 기판은 영역(204)보다 영역(202)에서 더 적은 시간을 소비하며, 따라서, 플럭스는 영역(204)보다 영역(202)에서 더 조밀하지만, 반면 상이한 영역들을 통해 스캔되는 기판 부분들 사이의 전체 프로세스 차이는 도면들의 평면 안으로 그리고 밖으로 이온 빔의 방향들의 확산에 따라 감소될 수 있다. 플럭스 소스들과 기판 사이의 투사(throw) 거리가 모든 기판 부분들에서 동일할 수 있는 본 실시예들의 등심성 기하구조는 이러한 문제들을 회피한다.
도 5는 예시적인 프로세스 흐름(500)을 나타낸다. 블록(502)에서, 기판이 프로세스 챔버 내에 제공되며, 여기에서 기판의 메인 표면은 X-Y 평면 내에 배향된다. 메인 표면은 예를 들어 웨이퍼의 표면을 나타낼 수 있다. 기판은 일부 실시예들에서 기판 홀더 상에 제공될 수 있으며, 여기에서 기판 홀더의 평평한 표면은 메인 표면에 평행하게 배향된다. 블록(504)에서, 이온 빔은 X-Y 평면에 대한 수선(Z-축)에 대하여 비-제로 입사각으로 이온 소스로부터 기판으로 보내진다. 이온 소스는 다양한 실시예들에 따른 플라즈마 소스일 수 있다. 이온 빔은, 트라이오드 어셈블리와 같은 추출 어셈블리를 사용하여 플라즈마 소스의 플라즈마 챔버로부터 추출될 수 있다. 블록(506)에서, 라디칼 빔은 동일한 비-제로 입사각으로 라디칼 소소로부터 기판으로 보내진다. 라디칼 소스는 이온 소스와는 별개의 플라즈마-기반 라디칼 소스일 수 있으며, 여기에서 라디칼 빔은 중성 종을 포함할 수 있다. 블록(508)에서, 기판은, 라디칼 빔 및 이온 빔이 기판으로 보내지고 있는 동안 Y-축을 따라 이온 소스 및 라디칼 소스에 대해 스캔된다. 일부 실시예들에 있어서, 라디칼 빔 및 이온 빔은 소위 리본 빔들을 획정하는 (X-축을 따라 긴 방향을 갖는) 세장형 단면을 포함할 수 있다. 기판이 스캔될 때, 기판의 상이한 부분들은 라디칼 플럭스 및 이온 플럭스에 순차적으로 노출될 수 있으며, 여기에서 라디칼 플럭스 및 이온 플럭스는 등심성 방식으로 제공된다.
따라서, 본 실시예들은, 비-등심성 라디칼 플럭스 및 이온 플럭스를 제공하는 반응성 에칭 시스템들과 같은 알려진 에칭 시스템들을 뛰어 넘는 장점들을 제공한다. 알려진 시스템들은 스캔 방향에서 기판에 걸쳐 비-균일 프로세스를 겪으며, 여기에서 플럭스 소스에 가장 가까운 기판의 부분은 플럭스 소스로부터 가장 멀리 틸팅된 기판의 부분에 비하여 더 작은 빔 포락선에서 더 높은 플럭스 밀도에 노출된다. 따라서, 본 실시예들의 장치에 의해 제공되는 제 1 장점은, 심지어 라디칼 플럭스 및 이온 플럭스가 기판 평면에 대한 수선에 대하여 비-제로 각도로 보내질 때에도 스캔되는 기판의 상이한 부분들에 걸쳐 제공되는 균일한 라디칼 플럭스(또는 균일한 라디칼 플럭스 밀도) 및 균일한 이온 플럭스(또는 균일한 이온 플럭스 밀도)이다. 본원에서 개시되는 장치에 의해 제공되는 다른 장점은, 라디칼 플럭스 및 이온 플럭스가 평행한 궤적들을 따라 제공될 수 있기 때문에, 특징부 깊이 또는 종횡비와 무관하게 2개의 구조체들, 예를 들어, 각진 트렌치들 또는 각진 비아들과 같은 각진 특징부들을 기판 내에 에칭하기 위한 능력이다.
본 개시의 특정 실시예들이 본원에서 설명되었지만, 본 개시가 당업계에서 허용할 그리고 명세서가 유사하게 판독될 수 있는 바와 같이 광범위한 범위이기 때문에 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 따라서, 이상의 설명이 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이상의 설명은 단순히 특정 실시예들의 예증들일 뿐이다. 당업자들은 본원에 첨부된 청구항들의 사상 및 범위 내의 다른 수정예들을 구상할 것이다.

Claims (15)

  1. 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템으로서,
    기판을 지지하도록 구성된 기판 스테이지로서, 상기 기판의 메인 표면은 기판 평면을 획정(define)하는, 상기 기판 스테이지;
    추출 어셈블리를 포함하는 이온 소스로서, 상기 추출 어셈블리는 이온 플럭스를 포함하는 이온 빔을 상기 기판 평면에 대한 수선에 대하여 비-제로(non-zero) 입사각을 획정하는 궤적을 따라 상기 기판으로 보내도록 배향되는, 상기 이온 소스; 및
    라디칼 소스로서, 상기 라디칼 소스는 라디칼 플럭스를 포함하는 라디칼 빔을 상기 기판 평면에 대한 상기 수선에 대하여 상기 비-제로 입사각을 획정하는 궤적을 따라 상기 기판으로 보내도록 배향되는, 상기 라디칼 소스를 포함하며,
    상기 기판 스테이지는, 상기 기판의 상기 메인 표면이 상기 기판 평면 내에 배향되어 있는 동안 상기 기판 평면과 함께 놓인 제 1 방향을 따라 상기 기판을 스캔하도록 더 구성되고, 상기 라디칼 플럭스는 상기 기판 평면에서 상기 이온 플럭스에 대해 상기 제 1 방향을 따라 변위되는, 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 소스는 제 1 플라즈마 소스를 포함하며, 상기 라디칼 소스는 제 2 플라즈마 소스를 포함하는, 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템은 상기 이온 소스와 상기 기판 스테이지 사이에 배치되는 중화 소스를 더 포함하며, 상기 중화 소스는 전자들을 상기 이온 빔으로 보내도록 배열되는, 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 소스는 추출 어셈블리를 포함하며, 상기 추출 어셈블리는 복수의 추출 전극들을 더 포함하는, 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 추출 전극들은 상기 제 1 방향을 따라 서로 엇갈리는, 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 추출 전극들은 상기 제 1 방향에 수직하는 제 2 방향을 따라 세장형인, 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 라디칼 소스는 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 따라 세장형인 노즐을 포함하는, 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 노즐은 상기 제 2 방향을 따라 복수의 파티션(partition)들을 포함하는, 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 빔은 발산 이온 빔을 포함하고 상기 라디칼 빔은 발산 라디칼 빔을 포함하며, 상기 발산 이온 빔의 이온 플럭스 밀도 및 상기 발산 라디칼 빔의 라디칼 플럭스 밀도는 상기 기판에 걸쳐 균일한, 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템.
  10. 기판을 처리하는 방법으로서,
    기판 스테이지 상에 상기 기판을 제공하는 단계로서, 상기 기판의 메인 표면은 기판 평면을 획정하는, 단계;
    이온 플럭스를 포함하는 이온 빔을 상기 기판 평면에 대한 수선에 대하여 비-제로 입사각을 획정하는 궤적을 따라 상기 기판으로 보내는 단계;
    라디칼 플럭스를 포함하는 라디칼 빔을 상기 기판 평면에 대한 상기 수선에 대하여 상기 비-제로 입사각을 획정하는 궤적을 따라 상기 기판으로 보내는 단계; 및
    상기 기판의 상기 메인 표면이 상기 기판 평면 내에 배향되어 있는 동안 상기 기판 평면과 함께 놓인 제 1 방향을 따라 상기 기판을 스캔하는 단계로서, 상기 라디칼 플럭스는 상기 기판 평면에서 상기 이온 플럭스에 대해 상기 제 1 방향을 따라 변위되는, 단계를 포함하는, 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 이온 빔을 보내는 단계는, 추출 어셈블리를 통해 이온 소스로부터 상기 이온 빔을 추출하는 단계로서, 상기 추출 어셈블리는 복수의 추출 전극들을 더 포함하며, 상기 복수의 추출 전극들은 상기 제 1 방향을 따라 서로 엇갈리는, 단계를 포함하는, 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 이온 빔은 발산 이온 빔을 포함하고 상기 라디칼 빔은 발산 라디칼 빔을 포함하며, 상기 발산 이온 빔의 이온 플럭스 밀도 및 상기 발산 라디칼 빔의 라디칼 플럭스 밀도는 상기 기판에 걸쳐 균일한, 방법.
  13. 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템으로서,
    기판을 지지하고, 상기 기판의 메인 표면에 의해 획정되는 기판 평면 내에 놓인 제 1 방향을 따라 상기 기판을 스캔하도록 배열되는 기판 스테이지;
    플라즈마 챔버로서, 상기 플라즈마 챔버는 상기 플라즈마 챔버의 측면을 따라 배치되고 상기 기판 스테이지를 향한 추출 어셈블리를 포함하며, 상기 추출 어셈블리는, 이온 플럭스를 포함하는 이온 빔을 추출하고 상기 이온 빔을 상기 기판 평면에 대한 수선에 대하여 비-제로 입사각을 따라 보내도록 배향되는 복수의 추출 전극들을 포함하는, 상기 플라즈마 챔버; 및
    라디칼 소스로서, 상기 라디칼 소스는 라디칼 플럭스를 포함하는 라디칼 빔을 상기 기판 평면에 대한 상기 수선에 대하여 상기 비-제로 입사각을 획정하는 궤적을 따라 보내도록 배향되는, 상기 라디칼 소스를 포함하며,
    상기 기판의 주어진 영역은, 상기 기판이 상기 제 1 방향을 따라 스캔될 때 순차적인 방식으로 상기 이온 빔 및 상기 라디칼 빔에 노출되고, 상기 라디칼 플럭스는 상기 기판 평면에서 상기 이온 플럭스에 대해 상기 제 1 방향을 따라 변위되는, 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템은 상기 플라즈마 챔버와 상기 기판 스테이지 사이에 배치되는 중화 소스를 더 포함하며, 상기 중화 소스는 전자들을 상기 이온 빔으로 보내도록 배열되는, 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 복수의 추출 전극들은 상기 제 1 방향을 따라 서로 엇갈리는, 반응성 각진 이온 빔 에칭 시스템.
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