(57)【要約】  イオン源および制御可能なイオン電流密度分布を有するイオンビームを発生させるためにイオン源の電磁石を動作させる方法。イオン源（１０）は、放電チャンバ（１６）および放電チャンバ（１６）の内側でプラズマ密度分布を変化させるために磁界（７５）を発生させるようになっている電磁石（４２；４２ａ−ｄ）を含む。方法は、放電空間（２４）内でプラズマ（１７）を発生させること、電流を電磁石（４２；４２ａ−ｄ）に印加することによって、プラズマ密度分布を規定するのに有効である磁界（７５）を放電空間（２４）内に発生し形作ること、プラズマ（１７）からイオンビーム（１５）を抽出すること、イオンビーム密度について分布プロファイルを測定すること、および、イオンビーム密度について実際の分布プロファイルを所望の分布プロファイルと比較することを含んでもよい。
2010519710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置用のイオン源であって、
作動ガスを収容するように構成された放電空間を有する放電チャンバと、
前記放電空間の内側で前記作動ガスからプラズマを発生させるように構成されたアンテナと、
前記放電チャンバに近接して配設された電磁石とを備え、前記電磁石は、磁気透過性材料から形成された第１極片および第１コイルを含み、前記第１極片は管状側壁を含み、前記第１コイルは、前記第１極片の前記管状側壁に近接して配置され、前記第１コイルは、励磁され前記放電空間内で磁界を発生するように構成され、前記第１極片は、前記放電空間の内側で前記プラズマの分布を変化させるのに有効な磁界を形作るよう構成されるイオン源。
【請求項２】
前記第１コイルは、前記第１極片の前記管状側壁に対して半径方向に離間した関係で配置される請求項１に記載のイオン源。
【請求項３】
前記電磁石は、前記磁気透過性材料から形成された第２極片をさらに備え、前記第２極片は管状側壁を有し、前記第１コイルは、前記第１極片の前記管状側壁と前記第２極片の前記管状側壁との間に半径方向に配置される請求項１に記載のイオン源。
【請求項４】
前記第１コイルは、格子組立体に対して前記第１コイルの軸方向位置を変更するために、第１環状空間内で移動可能である請求項３に記載のイオン源。
【請求項５】
前記電磁石は、前記磁気透過性材料から形成されたコア素子をさらに備え、前記コア素子は、前記第１極片の前記管状側壁と前記第２極片の前記管状側壁を接続する請求項３に記載のイオン源。
【請求項６】
前記第１および第２極片は同軸に配置される請求項３に記載のイオン源。
【請求項７】
前記電磁石は、前記磁気透過性材料から形成された第３極片および第２コイルをさらに備える請求項３に記載のイオン源。
【請求項８】
前記第３極片は管状側壁を有し、前記第２コイルは、前記第２極片の前記管状側壁と前記第３極片の前記管状側壁との間に半径方向に配置される請求項７に記載のイオン源。
【請求項９】
前記磁気透過性材料から形成されたコア素子をさらに備え、前記コア素子は、前記第１極片の前記管状側壁と前記第２極片の前記管状側壁を接続し、前記コア素子は、前記第２極片の前記管状側壁と前記第３極片の前記管状側壁を接続する請求項８に記載のイオン源。
【請求項１０】
前記第１コイルは、前記第１極片に対して前記コイルの位置を変更するために移動可能である請求項１に記載のイオン源。
【請求項１１】
前記電磁石は第２コイルをさらに含み、前記第１コイルは第１タップを含み、前記第２コイルは第２タップを含み、前記第１および第２コイルは、前記第１タップと前記第２タップとの間の中間の第３タップにおいて直列に結合される請求項１に記載のイオン源。
【請求項１２】
前記第１タップと結合した第１極性の第１端子、および、前記第２タップまたは前記第３タップと選択的に結合するように構成された第２極性の第２端子を含む電源をさらに備える請求項１１に記載のイオン源。
【請求項１３】
前記放電空間に対する前記電磁石の位置を調整するよう構成されたポジショナをさらに備える請求項１に記載のイオン源。
【請求項１４】
前記放電チャンバは、閉鎖端、開放端および前記閉鎖端から前記放電空間内に突出する管状側壁を有するカップ形状リエントラント容器を備え、前記電磁石は、前記リエントラント容器内に少なくとも部分的には配設される請求項１に記載のイオン源。
【請求項１５】
前記リエントラント容器の前記管状側壁の前記開放端に近接した少なくとも１つの格子をさらに備え、前記少なくとも１つの格子は、前記放電空間内でプラズマからイオンを抽出するように構成された請求項１４に記載のイオン源。
【請求項１６】
前記リエントラント容器の前記管状側壁は、前記放電チャンバの前記閉鎖端から前記格子組立体に向かって突出する請求項１５に記載のイオン源。
【請求項１７】
前記格子組立体はアパーチャを含み、前記アパーチャは、前記放電空間の内側でプラズマの分布と協働するために配置されかつその大きさに作られ、それにより、前記格子組立体内の前記アパーチャを通してプラズマから抽出されるイオンビームが、実質的に空間的に均一であるイオン電流を有する請求項１５に記載のイオン源。
【請求項１８】
前記リエントラント容器の前記管状側壁に対して前記リエントラント容器内の前記電磁石の位置を調整するよう構成されたポジショナをさらに備える請求項１４に記載のイオン源。
【請求項１９】
前記ポジショナは、前記リエントラント容器の前記管状側壁に対して横方向に前記電磁石の前記位置を調整するよう構成される請求項１８に記載のイオン源。
【請求項２０】
前記ポジショナは、前記リエントラント容器の前記開放端に対して軸方向に前記電磁石の位置を調整するよう構成される請求項１８に記載のイオン源。
【請求項２１】
前記第１極片は、前記第１コイルと前記リエントラント容器の前記管状側壁との間に半径方向に配設される請求項１４に記載のイオン源。
【請求項２２】
前記第１コイルは、前記第１極片と前記リエントラント容器の前記管状側壁との間に配設される請求項１４に記載のイオン源。
【請求項２３】
前記放電チャンバは開口を備え、
前記放電チャンバの前記開口に近接する少なくとも１つの格子をさらに備え、前記少なくとも１つの格子は、前記放電チャンバ内の前記開口を通して前記放電空間の内側でプラズマからイオンを抽出するように構成された請求項１に記載のイオン源。
【請求項２４】
プラズマ処理装置用のイオン源であって、
第１端、第２端、前記第１端と前記第２端との間の放電空間、および、前記第２端の開口を含む放電チャンバを備え、前記放電空間は作動ガスを収容するように構成され、
前記放電空間の内側で前記作動ガスからプラズマを発生させるように構成されたアンテナと、
前記放電チャンバの前記第１端に近接し、励磁され前記放電空間内で磁界を発生するように構成されたコイルを含む電磁石と、
前記放電チャンバ内の前記開口を通して前記放電空間内のプラズマからイオンを抽出するように構成された少なくとも１つの格子とを備えるイオン源。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの格子は、複数のアパーチャを含み、前記複数のアパーチャを通して、プラズマからイオンが抽出される請求項２４に記載のイオン源。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの格子は、前記放電空間内のプラズマからイオンを抽出するために、互いに対して電気的にバイアスされるように構成された複数の格子を備える請求項２４に記載のイオン源。
【請求項２７】
前記アンテナは、前記放電チャンバの外に配設される請求項２４に記載のイオン源。
【請求項２８】
プラズマ処理装置用のイオン源であって、
作動ガスを収容するように構成された放電空間を有し、開口を含む放電チャンバと、
前記プラズマ容器の外に配設され、前記放電空間の内側で前記作動ガスからプラズマを発生するように構成されたアンテナと、
前記放電チャンバに近接して配設され、励磁され前記放電空間内で磁界を発生するように構成されたコイルを含む電磁石と、
前記放電チャンバ内の前記開口を通して前記放電空間内のプラズマからイオンを抽出するように構成された少なくとも１つの格子とを備えるイオン源。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの格子は、複数のアパーチャを含み、前記複数のアパーチャを通して、プラズマからイオンが抽出される請求項２８に記載のイオン源。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの格子は、前記放電空間内のプラズマからイオンを抽出するために、互いに対して電気的にバイアスされるように構成された複数の格子を備える請求項２８に記載のイオン源。
【請求項３１】
放電空間および電磁石を含む無線周波数イオン源を動作させる方法であって、
前記放電空間内で作動ガスからプラズマ密度分布を有するプラズマを発生させるステップと、
前記プラズマ密度分布を形成するのに有効である磁界を前記放電空間内に発生させるために、前記電磁石に電流を印加するステップと、
前記プラズマからイオンビームを抽出するステップと、
ウェハ処理ロケーションに近接する前記イオンビーム密度の実際の分布プロファイルを確定するステップと、
前記イオンビーム密度の前記実際の分布プロファイルを、前記イオンビーム密度についての所望の分布プロファイルと比較するステップと、
前記比較に基づいて、磁界を修正し、それにより、前記プラズマ密度分布を変化させるために、前記電磁石に印加される電流を調整するステップとを含む方法。
【請求項３２】
前記電磁石に印加される電流を調整するステップは、
前記イオンビーム密度についての前記実際の分布プロファイルと前記イオンビーム密度についての前記所望の分布プロファイルとの差を低減するために、前記プラズマ密度分布を変化させるステップをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記電磁石に印加される電流を調整するステップは、
ユーザの介入なしで、前記電磁石に印加される電流を自動的に調整するステップをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記イオンビーム密度の実際の分布を確定するステップは、
前記イオン源に結合したプロセスチャンバの内側でウェハエッチレート分布またはビームプロファイルを測定するステップをさらに含む請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記実際の密度分布プロファイルは、前記イオン源のアジマス軸の周りに半径方向依存性を示し、前記イオンビーム密度についての前記所望の密度分布を前記実際の密度分布と比較するステップは、
前記電磁石のコイルに印加される電流の大きさに対する、前記イオンビーム密度についての前記実際の分布プロファイルの前記半径方向依存性に関連する知識ベースを作成するステップをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記知識ベースを作成するステップは、
前記電磁石のコイルに複数の異なる電流を供給するステップと、
前記異なる電流のそれぞれにおいて、イオンビームを抽出するステップと、
前記異なる電流のそれぞれにおいて、前記イオンビーム密度の参照分布プロファイルを確定するステップと、
前記異なる電流と関係付けられたデータベースに、前記異なる電流のそれぞれにおける前記イオンビーム密度についての前記参照分布プロファイルを収集するステップとをさらに含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記異なる電流のそれぞれにおいて、前記イオンビーム密度の前記参照分布プロファイルを確定するステップは、
前記異なる電流のそれぞれにおいて前記イオン源から抽出される前記イオンビームによって、複数のウェハをエッチングするステップと、
前記ウェハのそれぞれにわたってエッチ深さプロファイルを測定するステップと、
前記ウェハのそれぞれについての前記エッチ深さプロファイルを、前記異なる電流のそれぞれ１つの電流における、前記イオンビーム密度の前記参照分布プロファイルに関係付けるステップとをさらに含む請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記半径方向依存性は、前記アジマス軸の周りに対称である請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記電磁石に印加される電流を調整するステップは、
前記イオンビーム密度について前記所望の分布プロファイルを提供する前記知識ベースから前記電流の大きさを選択するステップをさらに含む請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記電磁石に印加される電流を調整するステップは、
前記イオン源のアジマス軸の周りの前記実際の分布プロファイルの凹性または凸性を増加させるまたは減少させるために、前記電流を選択するステップをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記電磁石に印加される電流を調整するステップは、
前記イオンビーム密度について前記実際の分布プロファイルの均一性を改善するために、前記電流を選択するステップをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項４２】
前記イオンビーム密度について前記実際の分布プロファイルを確定するステップは、
前記イオン源から抽出される前記イオンビームによってウェハをエッチングするステップと、
前記ウェハにわたってエッチレートプロファイルを測定するステップと、
前記エッチレートプロファイルを、前記イオンビーム密度についての前記実際の分布プロファイルに関係付けるステップとをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項４３】
前記イオンビーム密度について前記実際の密度分布プロファイルを確定するステップは、
複数の位置においてイオン電流密度を測定するために、複数のファラディプローブを前記イオンビーム内に挿入するステップと、
前記複数の位置のそれぞれにおける前記イオン電流密度から、前記イオンビーム密度についての前記実際の分布プロファイルを生成するステップとをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項４４】
前記イオンビーム密度について前記実際の分布プロファイルを確定するステップは、
前記抽出されたイオンビームによってウェハを部分的にエッチングするステップと、
前記部分的にエッチングされたウェハにわたってエッチレートプロファイルを測定するステップと、
前記部分的にエッチングされたウェハについての前記エッチレートプロファイルを、前記イオンビーム密度についての前記実際の分布プロファイルに関係付けるステップとをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項４５】
前記コイルに印加される電流を調整するステップは、
前記比較に基づいて、前記コイルに印加される電流が徐々に変化するようにさせるステップをさらに含む請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
本プロセスは、前記プラズマから抽出された前記イオンビームによる単一ウェハの処理中に反復的に実施される請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記エッチレートプロファイルは、前記イオン源に結合されたプロセスチャンバ内でインサイチュで測定される請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
エッチ深さプロファイルを測定するために、前記イオン源に結合したプロセスチャンバから測定モジュールへ前記ウェハを移動させるステップと、
前記エッチ深さプロファイルを、前記イオンビーム密度についての前記実際の分布プロファイルに関係付けるステップと、
前記エッチ深さプロファイルが測定された後に、さらなる処理のために、前記ウェハを前記プロセスチャンバに戻すステップとをさらに含む請求項４４に記載の方法。
【請求項４９】
前記電磁石に印加される電流を調整するステップは、
前記調整される電流を指示する制御信号を、コントローラから前記電磁石のコイルに結合した電源へ通信するステップをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項５０】
前記イオンビーム密度についての前記実際の分布プロファイルを、前記イオンビーム密度についての前記所望の分布プロファイルと比較するステップは、
前記イオンビーム密度についての前記実際の分布プロファイルおよび前記イオンビーム密度についての前記所望の分布プロファイルを、コントローラのメモリに格納するステップと、
前記イオンビーム密度についての前記実際の分布プロファイルを、前記イオンビーム密度についての前記所望の分布プロファイルと比較するアルゴリズムを前記コントローラ上で実行するステップとをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項５１】
前記イオン源は、前記コイルに隣接する磁気透過性材料の極片を含み、
前記プラズマを分散させるために、前記極片によって前記放電空間内の前記磁界の力線を形作るステップをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項５２】
前記プラズマから前記イオンビームを抽出するステップは、
前記プラズマから前記イオンビームを抽出するために、１つまたは複数の電圧を格子組立体イオンオプティクスに印加するステップをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【請求項５３】
前記実際の密度分布プロファイルは、前記イオン源のアジマス軸の周りに半径方向依存性を示し、
前記半径方向依存性に影響を及ぼす可変の半径方向透過性を有するように、前記格子組立体イオンオプティクスをデザインするステップをさらに含む請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記格子組立体イオンオプティクスの前記可変の半径方向透過性は、動作パラメータの差または動作条件の差を補償するために、前記イオンビーム密度について前記実際の分布プロファイルの形状を調整するための前記電磁石の能力を最大にするようデザインされる請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記格子組立体イオンオプティクスの前記可変の半径方向透過性は、前記磁界の作用が、前記イオンビーム密度についての前記所望の分布プロファイルからの、前記イオンビーム密度についての前記実際の分布プロファイルの凹形状偏移または凸形状偏移を補償することを可能にするようデザインされる請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
前記格子組立体イオンオプティクスは、イオン源デザインと、電流だけを増加させる作用が、前記イオンビーム密度についての前記実際の分布プロファイルの凸性または凹性を増加させるまたは減少させる、磁石電流動作の使用可能範囲と共に使用される請求項５５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互引用
本出願は、２００７年２月２６日に出願された米国特許出願第１１／６７８９７９号の一部継続出願であり、米国特許出願第１１／６７８９７９号は、２００４年２月４日に出願された米国特許出願第１０／７７２１３２号（現在米国特許第７１８３７１６号）の一部継続出願であり、それぞれの開示は、参照によりその全体が本明細書に組込まれる。本出願は、２００７年２月２６日に出願された米国仮出願第６０／８９１６６９号の利益を主張し、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組込まれる。
【０００２】
本発明は、イオン源、および調節された動作特性を有するイオンビームを発生するためにイオン源の電磁石を動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
イオンビーム処理システムは、半導体およびデータ記憶デバイスなどの薄膜デバイスの作製中に基板の特性を修正するための種々の用途で使用される。特に、エッチングステップは、基板上の材料層を除去し形作るために使用されてもよい。従来のエッチングプロシジャは、低圧の（すなわち、約１ｍＴｏｒｒ未満の圧力の）プラズマ状態になるようにイオン化される作動ガスの使用を含み、ウェハ材料のイオンビームエッチング（ＩＢＥ）用のイオンオプティクスによって、プラズマからイオンが抽出され加速される。
【０００４】
デバイスクリティカルな寸法が縮むにつれて、ビーム指向性を犠牲にすることなくプロセス均一性を改善する必要性が、改良型イオン源についての研究を推し進めた。ＩＢＥの均一性は、イオンのビーム電流密度分布、および、ビーム輸送中の電荷交換イオン−原子衝突において荷電状態のイオンが中性に変換されることから生じるエネルギー的中性に直接関係する。集積化されたビーム粒子束は、基板上の衝当位置に独立であるべきである。基板における荷電および中性ビーム粒子の角度分布は、イオン源のオプティクスによってプラズマから抽出されるイオンの軌跡の角度特性に直接関係する。プロセスの均一性を最適化するために、基板を横切る入射粒子軌跡は、ほぼ平行であるべきである。
【０００５】
従来のイオン源は、無線周波数（ＲＦ）電磁エネルギーなどの高周波電磁界エネルギーを使用して誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を発生させるために、放電容器の周りに巻かれるヘリカルまたはコイルアンテナを一般に利用する。イオン源のアンテナは、振動性高周波電流を運ぶとき、放電容器の内側で時間変動性磁界を誘導する。ファラディの法則によれば、時間変動性磁界は、ソレノイド高周波電界を誘導し、ソレノイド高周波電界は、放電容器内でアジマス方向に電子を加速し、ＩＣＰを維持する。低圧ＩＣＰは拡散が支配的であるため、従来のブロードイオンビーム源の、プラズマ密度、それにより、イオンオプティクス平面における半径方向プラズマイオン束分布は、常に凸状である、すなわち、イオン源の中心で最も高く、イオン源の中心から距離が増すに伴って半径方向に減少する。これは、こうした従来のイオン源によって発生したブロードイオンビームのイオン電流密度分布に不均一性を導入する。
【０００６】
典型的なブロードビームイオン源は、ビームになるようにイオンを形成し加速するためのマルチ電極加速器システムを利用する。このシステムの電極は、通常格子と呼ばれる、フラットまたはディッシュのマルチアパーチャ板である。上述したプラズマ不均一性がイオン密度プロファイルに及ぼす影響を補償する従来の方法は、中心におけるビーム電流密度を減少させるために格子の透過性を半径方向に変更することである。しかし、この補償法にはいくつかの制限がある。イオンオプティクスの透過性の変動は、異なるイオン源動作条件（すなわち、ＲＦ電力、ビーム電圧および電流、ガスタイプおよび圧力）についてのプラズマ密度プロファイルの変動、システム点検期間の間のこれら因子の任意の時間依存性、または、イオン源およびイオンオプティクスの変動を補償できない。イオン源およびイオンオプティクスの変動は、質量および熱負荷の作用による所与のエッチモジュールにおける短期および／または長期サービス条件の変化あるいはイオン源または格子構造の差によるモジュールごとの変動である可能性がある。さらに、凹状または凸状ビームイオン密度分布は、特定のプロセスが、ウェハへの輸送中のビーム広がり、基板の周辺におけるクランプ効果、エッチングされる材料層の厚さの変動またはエッチマスクフィーチャの幅の変動などの、基板の処理の他の態様の変動を補償するのに望ましいことがある。
【０００７】
さらに、プラズマの半径方向および／またはアジマス方向密度分布の局所変動は、通常、ＩＢＥプロセスの均一性を制限する。これらの変動のロケーションおよび形状は動作条件に依存する。格子プティクスの透過性は、動作条件に対するこの依存性を補償するために容易に修正できない。
【０００８】
イオン源は、イオンビームプロファイルの不均一性を減少させるのに役立つ物理構造を有しうる。しかし、イオン源は、イオンビーム密度において観測される不均一性をなくすための調整を必要とする可能性がある。調整は、イオン源が最初に使用されるときか、イオン源が長い期間使用された後か、プロセス条件が変更された場合か、または、イオン源点検の後に必要とされる可能性がある。これらのイベント後に効率的な調整を行うことができることで、イオン源動作によって生成される使用可能デバイスの収量を増加させ、廃棄物を減少させる可能性がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｊ．Ｒ．Ｋａｈｎ等、「Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ１４（４）」、Ｊｕｌ／Ａｕｇ  １９９６、ｐ．２１０６−２１１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、必要とされるものは、イオン電流密度分布に対して向上した制御を有する、イオンなどの粒子のエネルギービームを発生させる改良型イオン源、および、調節された動作特性を有するイオンビームを発生するためにイオン源の性能を修正し、かつ／または、最適化する方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態は、一般に、イオン源、および、調節された動作特性を有するイオンビームを発生するためにイオン源の性能を修正する方法を対象とする。一般に、イオン源は、プラズマ放電容器、プラズマ放電容器内に突出するカップ形状リエントラント容器、少なくとも１つの電磁石および少なくとも１つの管状極片を含んでもよい。電磁石および管状極片は、リエントラント容器の内側で同軸に配置されてもよい。各電磁石は、プラズマ放電容器の内側でプラズマの形状を変化させるために磁界を誘導するようになっている。
【００１２】
一実施形態によれば、プラズマ処理装置用のイオン源は、閉鎖端と、開放端と、閉鎖端と開放端との間に延在する管状側壁とを含む放電チャンバを備える。アンテナは、放電チャンバの内側で作動ガスからプラズマを発生させるようになっている。電磁石は、放電チャンバに近接して配設される。電磁石は、磁気透過性材料から形成された第１極片および第１コイルを含む。第１コイルは、第１極片の管状側壁に近接して配設される。第１コイルは、管状側壁の内側でかつ閉鎖端と開放端との間で磁界を半径方向に発生するように励磁されるよう構成される。第１極片は、放電空間の内側でプラズマの分布を変化させるのに有効な磁界を形作るよう構成される。
【００１３】
別の実施形態によれば、放電空間および電磁石を備える無線周波数イオン源の性能を修正する方法が提供される。方法は、放電空間内で作動ガスから特定のプラズマ密度分布を有するプラズマを発生させること、プラズマ密度分布を再形成する（ｒｅｆｏｒｍ）のに有効である磁界を放電空間内に発生させるために、電磁石に電流を印加すること、および、プラズマからイオンビームを抽出することを含む。方法は、さらに、ウェハ処理ロケーションに近接してイオンビーム密度の実際の分布プロファイルを確定すること、および、イオンビーム密度の実際の分布プロファイルを、イオンビーム密度についての所望の分布プロファイルと比較することを含む。比較に基づいて、磁界を修正し、それにより、プラズマ密度分布を変化させるために、電磁石に印加される電流が、手動でまたは自動で調整される。
【００１４】
これらのまた他の利点は、以下の図および詳細な説明に照らして明らかになるであろう。
【００１５】
本明細書に組込まれ、また、本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の複数の実施形態を示し、先に行った本発明の一般的な説明および以下で行う実施形態の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電磁石組立体の実施形態をイオン源に組込む高真空処理システムの一部分の断面図である。
【図２】図１のイオン源および電磁石組立体のうちの電磁石組立体の拡大図である。
【図３Ａ】図１および２のイオン源および電磁石組立体についてのアジマス軸に対する半径方向位置の関数としてのプラズマイオン束の線図であり、イオン束はイオン源のアジマス軸の近くで比較的高い。
【図３Ｂ】図１および２のイオン源および電磁石組立体についてのプラズマイオン束の線図であり、イオン束はイオン源のアジマス軸の近くで比較的低い。
【図４】代替の実施形態による、処理システムの一部分と一緒の、図２のイオン源および電磁石組立体と同様の拡大図である。
【図５】代替の実施形態による、図２の電磁石組立体と同様の拡大図である。
【図６】代替の実施形態による、図２および５の電磁石組立体と同様の拡大図である。
【図７】代替の実施形態による、図２、５および６の電磁石組立体と同様の拡大図である。
【図８】代替の実施形態による、図２および５〜７の電磁石組立体と同様の拡大図である。
【図９】正規化されたイオンビームエッチレートプロファイルに関する、本発明の実施形態のイオン源によって発生した電磁界の作用を示す線図である。
【図１０】本発明の実施形態による、電磁石を有するイオン源について電磁石電流を最適化するプロセスのフローチャートである。
【図１１】磁石電流の関数としての正規化されたイオンビームエッチプロファイルの凸性および凹性を示すグラフ表現である。
【図１２】本発明の実施形態による、イオンビームエッチレートプロファイルが所望の限界内にないイオン源について電磁石電流を再び最適化するプロセスのフローチャートである。
【図１３Ａ】電磁石電流がゼロにセットされた状態で、実際の動作パラメータで本発明の実施形態のイオン源によって生成される実質的にフラットなイオンビームエッチプロファイルについての、イオン源のアジマス軸に対する位置の関数としての正規化されたエッチレートの線図である。
【図１３Ｂ】イオンオプティクス格子半径方向透過性が調整されたときの、電磁石電流がゼロにセットされた状態で、実際の動作パラメータで図１３Ａのイオン源の一実施形態によって生成される凹状フラットなイオンビームエッチプロファイルの線図である。
【図１３Ｃ】電磁石電流が低い値にセットされた状態で、実際の動作パラメータで図１３Ｂのイオン源の一実施形態によって生成される実質的にフラットなイオンビームエッチプロファイルを示す線図である。
【図１４Ａ】図１３Ｂに示す初期状態から、イオン源のアジマス軸の周りにプロファイルが過剰に凸状になる状態までの、使用中にイオン源が経年変化するときの、イオンビームエッチプロファイルの劣化を示す線図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａの経年変化状態から初期状態に似た動作状態まで、イオンビームエッチプロファイルを回復させるために電磁石電流を減少させることによって行われてもよい調整を示す線図である。
【図１４Ｃ】図１３Ｂに示す初期状態から、イオン源のアジマス軸の周りにプロファイルが過剰に凹状になる状態までの、使用中にイオン源が経年変化するときの、イオンビームエッチプロファイルの劣化を示す線図である。
【図１４Ｄ】図１４Ｃの経年変化状態から初期状態に似た動作状態、初期状態に似た状態まで、イオンビームエッチプロファイルを回復させるために電磁石電流を減少させることによって行われてもよい調整を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１および２を参照すると、真空処理システム１２で使用するためのイオン源１０は、単一矢尻付き矢印１５で図式的に表される作動ガスイオンのイオンビームを発生するようになっており、イオンビームは、少なくとも１つのウェハまたは基板向かって誘導される。真空処理システム１２は、処理空間１４を閉囲するチャンバ壁を有するプロセスチャンバ１２ａおよびプロセスチャンバ１２ａのチャンバ壁を貫通して処理空間１４に連通するよう構成された高真空ポンプ１３を含む。イオンビーム１５は、イオン源１０によってイオン化作動ガスから発生したプラズマ１７から抽出され、プロセスチャンバ１２ａを通して基板１１に向かって誘導される作動ガスイオンを含んでもよい。イオンビーム１５による基板１１の衝突は、基板１１を処理して、意図される有益な結果をもたらす。他の有益な結果の中でもとりわけ、イオンビーム１５は、イオンビームエッチングプロセスによって基板１１の上部表面から材料を除去するために使用されてもよい。
【００１８】
イオン源１０は、アジマス軸１９にほぼ集中した、管状側壁１８によって画定される放電チャンバ１６を含む。管状側壁１８は、開放端３１によって画定される開口および管状側壁１８の対向端を閉鎖するバックフランジ２０を有する。管状側壁１８は、石英またはアルミナなどの誘電性材料から少なくとも部分的に形成される。高周波電磁エネルギー、特に、無線周波数電磁エネルギーは、材料内での損失が低い状態で、管状側壁１８の誘電性材料部を浸透できる。イオン源１０は、真空隔離のための密閉を提供する種々の高真空シール部材（図示せず）を含む。バックフランジ２０を貫通して延在するガス入口２２は、放電チャンバ１６の内側に閉囲される放電空間２４に連通する。ガス入口２２は、作動ガスの調節された流量が、調量式ガス源２３から放電空間２４へ導入されることを可能にする。真空圧、通常、０．０５ｍＴｏｒｒ〜５ｍＴｏｒｒの範囲にあってよい大気圧以下の環境は、排気されるプロセスチャンバ１２ａとの流体連通によって、放電空間２４内に維持される。
【００１９】
コイルアンテナ２６は、放電チャンバ１６の外側の一部分の周りに巻かれる。電源２８は、インピーダンス整合ネットワーク３０を通してコイルアンテナ２６と電気結合される。電源２８は、約５００ｋＨｚ〜約１５ＭＨｚの範囲の周波数の電力をコイルアンテナ２６に供給してもよい。オプションのファラディシールド２５は、コイルアンテナ２６と管状側壁１８との間に配設される。
【００２０】
無線周波数（ＲＦ）電磁エネルギーなどの高周波電磁エネルギーは、プラズマ１７を発生し維持するために、コイルアンテナ２６から放電空間２４内の作動ガスへ伝送される。より具体的には、電流がコイルアンテナ２６において高周波で振動し、コイルアンテナ２６が、オプションのファラディシールド２５を通し、その後、管状側壁１８を通して放電空間２４に伝送される時間依存性磁界を発生する。時間依存性磁界は、コイルアンテナ２６と同心の力線を有するアジマス電界を放電空間２４の内側に誘導する。誘導されたアジマス電界は、放電空間２４の内側の電子が円形軌跡に沿って移動するよう加速する。エネルギー電子と作動ガスの中性原子との間の衝突は、ガス原子をイオン化し、アジマス電界内で加速されるさらなる電子を生成する。これによって、放電空間２４内でプラズマ１７が発生され維持される。
【００２１】
管状側壁１８の開放端３１に位置するマルチアパーチャイオンオプティックまたは格子組立体３２が使用されて、放電空間２４内で発生したプラズマ１７から作動ガスイオンが抽出され、プロセスチャンバ１２ａ内の基板１１に伝播するイオンビーム１５内に作動ガスイオンが形成される。格子組立体３２は、イオン源１０の開放端３１において管状側壁１８にまたがる複数の格子３４、３６、３８を含む。適切にバイアスされると、格子３４、３６、３８は、実質的に、放電空間２４内にプラズマ１７を収容し、放電空間２４からのイオンビーム１５の抽出を制御する。格子３４、３６、３８はそれぞれ、荷電状態の粒子が格子組立体３２を通過することを可能にするアパーチャ７７のアレイによって穿孔される。通常、格子３４、３６、３８のアパーチャ７７は、円形でかつ互いに密に整列する。
【００２２】
基板１１は、格子組立体３２と離間した関係でプロセスチャンバ１２ａの処理空間１４の内側に支持される。基板１１はまた、自分自身のアジマス軸の周りにまたはアジマス軸に対して傾斜する、オフセットする、かつ／または、回転してもよい。作動ガス圧、通常、０．０５ｍＴｏｒｒ〜１ｍＴｏｒｒの範囲にあってよい大気圧以下の環境は、格子組立体３２および管状側壁１８の開放端３１を通した、排気されるプロセスチャンバ１２ａとの流体連通またはポンピング連通によって放電空間２４内に維持される。
【００２３】
格子電源４０は、格子３４、３６、３８に電気結合される。正イオンビームによる動作のための動作要件を有する実施形態では、抽出または「スクリーン」格子３８は、調整可能な正電位を有する格子電源４０の１つによってバイアスされて、放電からビームまでの正イオンビームの形成を可能にし、イオンエネルギーを増加させてもよい。「加速器」または「抑制器」格子３６は、調整可能な負電位を有する格子電源４０の１つによってバイアスされて、有効イオンビーム抽出電圧を増加させ、「減速器」格子３４（通常、グラウンド電位にある）の格子アパーチャに浸透するビームプラズマ電子を抑制してもよい。
【００２４】
カップ形状リエントラント容器４４は、格子組立体３２に向かってバックフランジ２０から放電空間２４内に突出する。アルミニウムなどの導体から形成されてもよいリエントラント容器４４は、端壁５６および端壁５６からバックフランジ２０へ軸方向に延在する側壁６２を含む。リエントラント容器４４の側壁６２および放電チャンバ１６の管状側壁１８は、同心であり、アジマス軸１９に同軸に整列してもよい。基板１１は、基板１１の上部表面が開放端３１に向い合うように、プロセスチャンバ１２ａ内に配設される基板支持体２１上で受取られ保持される。
【００２５】
図１および２を参照すると、イオン源１０は、電磁石４２を含み、電磁石４２は、リエントラント容器４４内に少なくとも部分的に設置され、また、少なくとも管状極片４６、４８の代表的な形態の極片を含む。この代表的な実施形態では、極片４６、４８は、直円柱の幾何形状を有し、アジマス軸１９の周りに同心に配置される。代替の実施形態では、極片４６、４８は、限定はしないが、楕円柱、円錐台または角錐台を含む任意の適した管状幾何形状を有してもよく、それぞれが、中心ボアの周りに延在する側壁を有する。
【００２６】
代表的な実施形態では、極片４６は、極片４８の半径方向内側に配設されるため、極片４６の外側凹状表面は極片４８の内側凸状表面に向い合う。極片４６は、アジマス軸１９に沿う高さによって分離された対向する開放端５２、５３を含み、極片４８は、その高さによって同様に分離された対向する開放端４９と５１との間に延在する。極片４６、４８は、開放空間またはギャップ５０によって分離される。
【００２７】
格子組立体３２に対する電磁石４２の軸方向位置および／またはアジマス軸１９に対する横方向位置が最適化されて、放電空間２４内で電磁石４２の電磁界の分布を制御することによって、プラズマ密度分布のプロファイル、それにより、格子３４、３６、３８におけるプラズマイオン束の密度分布が調節されてもよい。特に、電磁石４２は、アジマス軸１９に対して横方向に非対称に位置決めされて、電磁石４２の影響がない状態で本質的に存在する場合があるプラズマ密度分布の任意のシステム非対称性を補償してもよい。プラズマイオン束分布を調節することは、プラズマ１７から抽出されるイオンビーム１５の電流密度分布が最適化されることを可能にする。
【００２８】
極片４６の開放端５２および極片４８の開放端４９は、従来の締結具（図示せず）によって電磁石４２のリング形状磁気コア素子５４に搭載される。極片４６、極片４８およびコア素子５４は、低炭素鋼などの磁気透過性材料、鉄または任意の他の適した強磁性材料から形成され、電気的に接地される。代替の実施形態では、コア素子５４は、非磁性材料から作製されてもよい。
【００２９】
電磁石４２は、コア素子５４と、バックフランジ２０と周辺でオーバラップする非導電性搭載板５８との間に従来の締結具によって固定される。搭載板５８は、従来の締結具（図示せず）によってバックフランジ２０に固定されてもよい。搭載板５８の電気絶縁強度は、コア素子５４および極片４６、４８がバックフランジ２０に短絡することなく電気的に接地されることを可能にし、コア素子５４および極片４６、４８は、プラズマの電位に対して電気的にフローティングになることが可能になる。電磁石４２およびリエントラント容器４４の最適な位置および寸法は、プラズマの特性、ならびに、要求される均一性ゾーン、ＲＦ電力およびビームパラメータなどのアプリケーションに依存する可能性がある。
【００３０】
電磁石４２の位置は、リング６０によってリエントラント容器４４の内側に（例えば、中心に）配置されてもよい。リング６０は、搭載板５８と同じ理由で電気絶縁性材料から作製され、搭載板５８と同じ電気的要件を有する。適した電気絶縁性材料は、ガラスエポキシ積層材またはフェノル樹脂を含むがそれに限定されない。リング６０は、極片４８と側壁６２との間に配設される。リング６０は、厳しい寸法公差によるすべりばめを確立するための、リエントラント容器４４の側壁６２の内径にほぼ等しい外径および極片４８の外径より少し大きな内径を有する。リング６０は、従来の締結具によって極片４８に固定される。
【００３１】
絶縁材料の板６４は、リエントラント容器４４の端壁５６と電磁石４２の極片４６、４８との間に挿入される。板６４を構成する絶縁材料は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、商標名ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）の下でＤｕＰｏｎｔ社から商業的に入手可能なテトラフルオロエチレンのホモポリマーなどのポリマーフルオロカーボン材料であってよい。
【００３２】
電磁石４２は、ワイヤボビンまたはスプール６６、ワイヤコイル７２、７４および極片４６、４８を含む。ワイヤコイル７２、７４はそれぞれ、適したソレノイド巻回パターンによってワイヤスプール６６の周りに巻かれた絶縁導体の連続巻線を備える。特定の例示的な実施形態では、ワイヤコイル７２、７４の巻き数は、３００巻き〜３０００巻きの範囲にあってよい。
【００３３】
ポリマー樹脂または他の非磁性材料から形成されてもよいワイヤスプール６６は、極片４６と４８との間のギャップ５０内に位置する。ワイヤスプール６６の高さは、極片４６、４８の高さより小さい。極片４６は、アジマス軸１９に沿ってワイヤスプール６６の軸方向位置を固定するために締め付けられる止めねじ６７を受取る大きさに作られた穴６８を含む。止めねじ６７が緩められると、ワイヤスプール６６の軸方向ロケーションは、リエントラント容器４４の端壁５６の方に、また、反対方向でコア素子５４に向かって偏移されうる。ワイヤスプール６６は、コア素子５４から遠い軸方向位置で、かつ、端壁５６に非常に接近して偏移したものとして、例示だけのために、図１および２に示される。ワイヤスプール６６の対向端には、半径方向に延在するフランジ７６、７８が配置される。
【００３４】
代替の実施形態では、コア素子５４は、適切な機械的強度の搭載板５８（図示せず）上の搭載機構の選択によって、電磁石４２の構成から省略されてもよい。別の代替の実施形態では、ワイヤスプール６６の軸方向位置は、端壁５６に対して異なるロケーションを決定する適切なサイズの複数の開口の列の１つの開口にピンが受取られるなど、異なる方法で調整されてもよい。なお別の代替の実施形態では、ワイヤスプール６６の軸方向ロケーションは、ワイヤスプール６６の軸方向位置が制御変数になるような軸方向ロケーションにおいて端壁５６に対して固定されてもよい。
【００３５】
代替の実施形態では、バックフランジ２０の形状は、板またはドームの幾何形状（リエントラントまたは非リエントラント）を含む任意の実用的な幾何形状であってよい。こうした代替の実施形態では、電磁石４２は、電磁石組立体によって放電空間２４の内側で発生した電磁界の振幅が有意である（すなわち、少なくとも地球磁界の強度程度である）作動距離内で、格子組立体３２に対向するバックフランジ２０の外側に配設されてもよい。一般に、電磁石４２の極片４６および４８の正確な形状は、バックフランジ２０の形状に一致する、かつ／または、リエントラント容器４４の内側で磁界分布を最適化するように形作られてもよい。
【００３６】
引き続き図１および２を参照すると、電磁石４２のワイヤコイル７２、７４は、フランジ７６と７８との間に位置決めされ、アジマス軸１９の周りに半径方向中心を持つ（すなわち、アジマス軸１９と同軸である）。第１磁気ワイヤコイル７２の連続絶縁導体は、第１端部端子またはタップ８０と第２端部端子またはタップ８２との間に延在する。第２磁気ワイヤコイル７２の連続絶縁導体は、ワイヤコイル７４上の第３端部端子またはタップ８４と、磁気ワイヤコイル７２に関して共有される第２端部タップ８２との間に延在する。
【００３７】
電磁石４２のワイヤコイル７２、７４は、コントローラ８７に電気結合する電源８６に電気結合する。電源８６の正および負の電圧極性端子は、タップ８０、８２に電気結合されて、ワイヤコイル７２の連続導体だけを含む第１動作範囲を提供し、タップ８０、８４に電気結合されて、ワイヤコイル７２、７４の連続導体が直列に接続される第２動作範囲を提供し、タップ８２、８４に電気結合されて、ワイヤコイル７４の連続導体だけを含む第３動作範囲を提供する。切換えデバイス（図示せず）が、電源８６内に設けられて、ワイヤコイル７２、７４に関する閉回路を調整し、それにより、３つの範囲のそれぞれを選択的に確立してもよい。穴８８が、ワイヤスプール６６のフランジ７６内に設けられて、タップ８０、８２、８４と電源８６との間で閉回路を確立する導体に対するアクセスを提供する。導体は、コア素子５４および搭載板５８内に画定されたワイヤ通路９６を通って経路指定される。ガイドポスト９２は、導体を電源８６に経路指定するためのフィードの役をする。
【００３８】
代替の実施形態では、電磁石４２は、単一の動作範囲だけが存在するように、２つのコイル７２、７４の一方を省略してもよい。ワイヤコイル７２、７４の残りの１つワイヤコイルのタップは、閉回路内で電源８６に結合し、電源８６からの電流によって励磁される。電源８６は、直流（ＤＣ）電源である、あるいは別法として、パルスＤＣ電源または交流（ＡＣ）電源を備えてもよい。電源設定は、コントローラ８７によって制御され、コントローラ８７は、手動で動作されるか、または、自動化システムの一部であってよい。
【００３９】
コントローラ８７は、ビーム特性または基板処理プロセスに対する電磁石４２の観測可能な影響に関してイオン源１０の動作、特に、電磁石４２の動作を協調させる。コントローラ８７は、当業者によって理解されるように、プログラム可能ロジックコントローラ（ＰＬＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、または、メモリに格納されたソフトウェアを実行し、本明細書で述べる機能を実施することが可能な中央処理ユニットを有する別のマイクロプロセッサベースコントローラを含んでもよい。ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）デバイス（図示せず）は、知られている方法でコントローラ８７に動作可能に接続される。ＨＭＩデバイスは、英数字ディスプレイ、タッチスクリーンおよび他の視覚インジケータなどの出力デバイスと、オペレータからコマンドまたは入力を受容し、入力された入力を、コントローラ８７の中央処理ユニットに送信することが可能な、英数字キーボード、ポインティングデバイス、キーパッド、プッシュボタン、コントロールノブなどのような入力デバイスおよびコントロールを含んでもよい。コントローラ８７は、生産ラインで利用される他の自動化機器に適合する標準的な通信バスを備えてもよい。
【００４０】
コントローラ８７は、ワイヤコイル７２、７４の一方または両方に対して電流を調整するアルゴリズムを含んでもよい。一実施形態では、アルゴリズムは、電磁石電流調整量を確定し、電磁石４２の半径方向作用、電磁石電流設定の関数としての採取される性能データ、および／または、ワイヤコイル７２、７４に対する以前の磁石電流設定などの考慮事項に基づいてもよい。別の実施形態では、アルゴリズムは、以下の実施例に述べるように、実験マトリクス（例えば、ルックアップテーブル）から導出されてもよい。なお別の実施形態では、電磁石４２は、ファジーロジックを使用する人工インテリジェント回路および電磁石電流設定の関数として採取される性能データによって調節されてもよい。１つの代替の実施形態では、コントローラ８７は、イオンビームのエッチ深さまたはイオンビーム電流密度分布を測定する機器（すなわち、ファラディプローブのアレイ）に直接接続されてもよく、コントローラ８７が、望ましくないエッチ深さまたはビーム電流密度分布を検出することに応じて、電源８６からの電流を自動的に調整することが可能になる。
【００４１】
電磁石４２は、図１に図式で示す磁気誘導線を含む磁界７５を発生し、磁界７５は、ワイヤコイル７２、７４に供給される電流にほぼ比例する磁界強度を有する。アジマス軸１９の周りにアジマス方向に対称である磁界７５は、放電空間２４内のプラズマ密度分布を変化させ、それが、イオンビーム１５のイオン電流密度の均一性を変更する。磁界７５は、かなり不均質であり、極片４６および４８のそれぞれの開放端５１と５３との間の領域で最大磁界強度を有し、開放端５１および５３からの距離が増すに伴って減少し、格子３８およびコイルアンテナ２６に近接して最小磁界強度を有する。磁力線は、アジマス軸１９の周りに集中し、そのことは、磁界強度が放電空間２４のこの領域で増加し、そのため、磁界７５が、磁気ミラーとして周辺領域から到来するプラズマ電子に作用する可能性があることを示す。こうした磁界構成は、ＲＦイオン化効率の減少が最小になり（すなわち、放電空間２４の領域が、コイルアンテナ２６の近くで低磁界強度を特徴とする）、かつ、イオンオプティクス動作歪が最小になった（すなわち、放電空間２４の領域が、格子組立体３２の近くで低磁界強度を特徴とする）状態で、プラズマ密度分布修正を可能にしうる。
【００４２】
磁界７５は、イオン源１０内のプラズマ密度分布に、したがって、プラズマ１７から格子組立体３２によって画定された格子平面に誘導されるプラズマイオン束分布に直接影響を及ぼす。こうして、電磁石４２によって発生した磁界７５は、基板１１上のイオンビームエッチ深さまたは電流密度分布の特性に影響を及ぼす。イオンビームエッチプロファイルは、イオン源１０から抽出されたイオンビーム１５によるエッチング後の、基板１１上の位置座標（例えば、半径）の関数としてのエッチ深さ（例えば、厚さ変化）の依存性の尺度である。エッチングプロセスの終了後に（または、別法として、エッチングプロセスの部分的な終了後に）、代表的なイオンビームエッチ深さ分布（本明細書で簡潔に「エッチプロファイル」と呼ばれる）が、アジマス軸１９に関して、（例えば、基板径に沿う）基板１１の位置座標の関数としてまたは材料のエッチレートの関数として、エッチングされた材料の厚さ変化の測定値から生成されてもよい。あるいは、上述したエッチング間隔後に、平均厚さ変化分布が、同じ基板および／または２つ以上の基板に関して測定された個々の厚さ変化分布の統計的平均に基づいて評価されてもよい。
【００４３】
より一般的には、ビームイオン束分布（本明細書では簡潔に「ビーム密度分布」または「ビームプロファイル」と呼ばれる）は、イオン源の動作中にイオンビーム電流密度を直接測定するように働く複数のファラディプローブ（図示せず）を使用して確定されてもよい（簡潔にするために、ここでは、単一イオン電荷状態の場合が考えられ、したがって、イオン束および電流密度分布は同等である。しかし、個々のイオン電荷状態の電流密度分布を分析するために適切な機器改変を用いて、同じ方法が、複数の電荷状態イオンビームについて使用されてもよい）。アジマス軸１９に関してイオンビーム電流密度分布の確定を可能にする相対的な空間配置を有するファラディプローブは、基板処理ロケーションに近接する位置でイオンビーム１５の経路内に挿入され、ある時間間隔の間、ファラディプローブのそれぞれによって電荷が蓄積され、電流測定値が計算される。ファラディプローブは、コントローラ８７に結合されてもよく、コントローラ８７は、イオンビーム１５の経路内へのファラディプローブの挿入および電流測定値の採取を管理する。
【００４４】
格子間隔ならびに格子組立体３２内のアパーチャ７７のサイズおよび分布が比較的均一であるとき、イオン源１０の凹状または凸状プラズマイオン束分布は、イオン源１０と基板１１との間に凹状または凸状イオンビームプロファイルをもたらすことになる。しかし、ビームプロファイルは、個々のビームレットの分散およびオーバラップのために、イオン源内のプラズマイオン束分布に比べて均一になる（凹状または凸状が少ない）傾向がある可能性がある。理想的な凹状ビームイオン電流密度プロファイルは、本明細書では、イオン源１０の縁部（すなわち、アジマス軸１９からより遠い）において最大イオン電流密度を有し、イオン源１０の中心からの半径が減少するに伴って大きさが減少するものと規定される。理想的な凸状ビームプロファイルは、まさに逆の方法で規定される（すなわち、アジマス軸１９において最大イオン電流密度を有する）。
【００４５】
測定されるイオンビーム電流密度分布は、これらの理想的な場合より複雑であるが、「凹状ビームプロファイル」を、対象とするビーム径の中心半分の外側に実質的に大きなイオンビーム電流平均密度が存在するプロファイルとして、また、「凸状ビームプロファイル」を、対象とするビーム径の中心半分内に実質的に大きな平均電流密度が存在するプロファイルとして一般に規定することが本発明者等の目的にとって有用である。イオンビームが、垂直に基板に入射するときで、かつ、基板１１の表面が比較的平滑でかつフラットである（すなわち、任意の表面の不規則性は、エッチ深さと比較して無視できる）と仮定すると、イオンビームによるイオン侵食の結果として得られる基板１１におけるエッチプロファイルは、イオンビームプロファイルと同じであり、イオンビーム処理システムのユーザが利用可能な通常の機器によって所望の精度で容易に測定可能である。
【００４６】
図３Ａは、図１および２のイオン源１０によって生成されてもよいイオンビーム１５についての、格子平面３２におけるプラズマイオン束分布１８０の線図である。イオン束プロファイル１８０は、アジマス軸１９（すなわち、「０」で表示される軸に垂直な位置の基準点）の周りに凸状半径方向分布を有する。理論によって制限されたいと思わないが、電磁石４２によって導入される容積的な不均質磁界７５は、イオン束の半径方向分布に対して２つの特異な作用を及ぼす可能性があり、２つの作用は、エッチプロファイルに対する作用における２つの異なる傾向に対応すると思われる。低い磁界強度（すなわち、電磁石のコイルにおける低い電磁石電流）において、磁界７５は、アジマス軸１９の近くのプラズマ電子を主に磁化すると思われる。このことが、磁気誘導線の周りの長いヘリカル軌道にプラズマ電子を閉じ込め、そのため、この領域内の作動ガスイオン化効率を上げると思われる。これは、イオン束が、アジマス軸１９でまたはアジマス軸１９の近くで高く、アジマス軸１９からの半径方向距離の増加に伴って減少するプロファイル１８０の場合の凸状分布をもたらす。イオン束プロファイル１８０における得られる凸状分布は、アジマス軸１９上に中心を持ち、アジマス軸１９の周りに対称であってもよいが、本発明はそのように限定されない。
【００４７】
一実施形態では、イオン源１０は、ワイヤコイル７２、７４に対する低い電流レベルでイオン束プロファイル１８０を生成するよう構成されてもよい。このイオン源動作モードでは、格子組立体３２の格子平面に到来するプラズマイオン束の半径方向分布は凸状である。
【００４８】
図３Ｂは、図１および２のイオン源１０によって生成されてもよいイオンビーム１５についての、格子平面３２におけるプラズマイオン束プロファイル１９０の線図である。イオン束プロファイル１９０は、アジマス軸１９の周りに凹状半径方向分布を有する。高い磁界７５強度（すなわち、ワイヤコイル７２、７４内で循環する高い電流）において、コイル近傍から到来する熱いプラズマ電子の一部は、アジマス軸１９および開放端５１、５３（すなわち、極）の近くなどのプラズマ発生器ミラーリング磁界領域から放電空間２４の周辺に向かって反射されると思われる。結果として、作動ガスイオン化効率は、プラズマ発生器中心（すなわち、イオン源１０のアジマス軸１９の近く）において減少し、周辺において増加すると思われ、格子３４、３６、３８に到来するプラズマイオン束の半径方向分布は、元の磁界なしの分布と比較して凸状が少なくなる可能性がある。これは、プラズマイオン束が、アジマス軸１９でまたはアジマス軸１９の近くで低く、アジマス軸１９からの半径方向距離の増加に伴って増加するプロファイル１９０によって示される凹状分布をもたらす。イオン束プロファイル１９０における凸状分布は、アジマス軸１９上に中心を持ち、アジマス軸１９の周りに対称であってもよいが、本発明はそのように限定されない。
【００４９】
再び図１および２を参照すると、イオン源１０の電磁石４２のワイヤコイル７２、７４に対する磁石電流は、所望のエッチプロファイルを提供するのに適した磁界７５を生成するよう調整されてもよい。電磁石４２の有効動作範囲は、イオン源１０デザインの他の態様ならびに特定のエッチプロセス条件および所望のエッチプロファイルに依存する可能性がある。代表的な実施形態においてイオンオプティクスを供給する格子組立体３２は、電磁調整能力を最適に利用するために、可変透過性を持つようにデザインされてもよい。例えば、格子組立体３２についての調整可能な透過性は、格子組立体３２内のアパーチャ７７の密度を変更すること、および／または、格子組立体３２を横切るアパーチャ７７のサイズを変更することによって達成されうる。アパーチャ７７に関連するこれらの変数のいずれかを操作することは、格子組立体３２の幅にわたって放出されるイオン電流の分布、最終的には、ビームプロファイルおよび基板１１におけるエッチ深さプロファイルの形状を調整しうる。
【００５０】
電磁石４２の磁界７５は、個々の基板の基板処理中に、または、基板処理ごとに変更されて、イオンビーム電流密度分布が制御され、それにより、所望の基板エッチレートまたはエッチ深さ分布が維持される。この変更は、イオンビーム電流密度分布（ビームプロファイル）または基板エッチレートまたはエッチ深さ分布（エッチプロファイル）を、インサイチュでまたはエクスサイチュで監視し、次に、目標とするビーム電流密度分布および／または基板１１におけるエッチプロファイルを達成するために磁界７５を調整するかまたは変更することによって実施されてもよい。インサイチュで監視する場合、基板エッチプロファイルを監視するハードウェアまたはビームプロファイルを監視するハードウェアが、プロセスチャンバ１２ａの内側に配設され、連続監視およびリアルタイム調整のオプションを提供する。代替の実施形態では、この機能は、基板エッチプロファイルを「セミインサイチュで（ｓｅｍｉ−ｉｎ−ｓｉｔｕ）」監視することによって実施されてもよい。すなわち、基板エッチプロファイルが、真空エッチング機器の構成の一部として組込まれた測定ステーションから取得される間、イオン源は真空下のままである。「セミインサイチュでの」監視では、監視システムは、イオン源１０と同じ処理ステーション内に配設されるが、別個のモジュールにおいて、真空および測定されるエッチプロファイルを乱すことなく基板１１が搬送されうるように、真空輸送システムを介してプロセスチャンバ１２ａに接続される。
【００５１】
磁界７５を変更するために、電源８６からワイヤコイル７２、７４への電流は可変であってよく、それにより、電磁石の４２の磁界強度が選択的に制御され、さらに、放電空間２４内のプラズマ密度分布が選択的に修正されてもよい。基板処理機器または真空エッチング機器の構成は、ユーザによるアクションをまったく必要とすることなく、全体の動作が実施されるように、自動電磁石電源コントローラおよびエッチプロファイル測定システム（インサイチュか、エクスサイチュかまたは「セミインサイチュ」の）を含んでもよい。
【００５２】
この構成における極片４６、４８によって示される軟磁性片の残りの磁化すなわち残留磁化によるヒステリシス作用は、所望のイオン源電磁界動作範囲と比較して無視できない可能性がある。ヒステリシスによって、正味の磁界強度、そのため、エッチプロファイルの繰返し性が、悪い影響を受ける可能性がある。この作用は、コンポーネントの材料の注意深い指定によって最小になる可能性があるが、電磁石を脱磁し、残留磁界を消去するために、設定と設定との間でワイヤコイル７２、７４の電流を逆にするための対策も講じられうる。一実施形態では、ワイヤコイル７２、７４に対する電流がゼロにセットされ、イオンビームエッチプロファイルが測定される。イオンビームエッチプロファイルがヒステリシス作用を示すと判定される場合、通常使用される振幅と逆の振幅の電流が、ワイヤコイル７２、７４を通して送られる。ある時間後に、逆電流は遮断され、別のイオンビームエッチプロファイルが測定される。このプロセスは、ヒステリシスが認められなくなるまで、さらなる反復によって継続してもよい。
【００５３】
図２を特に参照すると、一実施形態では、磁界プローブまたはセンサ８９が、極片４６に隣接してリエントラント容器４４の内側に、例えば、アジマス軸１９に垂直な磁界強度を測定するための向きに設置されてもよい。センサ８９は、測定値が、少なくともその読みの大きな部分（例えば、約５０％以上）であり、磁石電流の所望の範囲にわたってその読みにほぼ比例する限り、リエントラント容器４４内で再位置決めされてもよい。磁石電流設定を変化させるとき、または、ヒステリシスをなくすプロセス中、ワイヤコイル７２、７４に対する電流は、最初にスイッチオフされ、残留磁界強度の大きさが磁界センサ８９上で測定されてもよい。
【００５４】
残留磁界強度が、実験結果または履歴性能に基づいて許容可能な閾値を越える場合、残留磁界強度を低減するという目的で、小さな逆電流がワイヤコイル７２、７４に印加される。ワイヤコイル７２、７４内の小さな磁石電流は、最後に印加された電流に対して、大きさの数分の１で、かつ、極性が逆である。電磁石４２に対する磁石電流は、その後、スイッチオフされ、残留磁界大きさが、磁界センサ８９を使用して再測定される。残留磁界強度の大きさが、許容可能な閾値を越えたままであるとき、補正プロセスが繰返され、残留磁界強度の大きさが、許容可能な閾値より減少するまで、逆電流が調整される。補正プロセスが、過剰補償のために反対極性の残留磁界をもたらすとき、補正プロセスは逆にされてもよい。磁石電流が、同じ極性の大きな大きさに調整される場合、ヒステリシス作用による影響はまったく存在せず、補正プロセスによって提供される脱磁動作は必要でない可能性がある。
【００５５】
磁界センサ８９はまた、プロセス制御の改善のために磁界強度の閉ループ制御を提供するのに有用である可能性がある。この代替の実施形態では、磁界センサ８９は、コントローラ８７に電気結合される。しかし、磁界センサ８９がイオン源１０に組込まれない場合、脱磁プロセスが依然として適用される可能性がある。この例では、一定で逆の磁石電流強度の大きさが、脱磁のために適用されてもよく、その値は、例えば実験によって確定され、通常、前のプロセス中に使用された最大電流の約１０％〜約３０％の範囲に制限される。
【００５６】
図４を参照し、また、本発明の代替の実施形態によれば、イオン源１０はさらに、参照数字１００で全体が示される単一段または多段ポジショナを含んでもよく、ポジショナは、電磁石４２が、端壁５６によって制限されるが、アジマス軸１９に平行な軸方向に移動することを可能にするか、または、リエントラント容器４４の管状側壁１８の径によって制限されるが、横に移動することを可能にするよう構成される。ポジショナ１００は、放電空間２４内のプラズマ容積に対する電磁石４２の位置を調整可能にする。
【００５７】
電磁石４２をバックフランジ２０に搭載するポジショナ１００は、イオン源１０、この実施形態ではリエントラント容器４４に対して電磁石４２のＸ、Ｙ、Ｚ位置の独立した調整を可能にする一連のブラケットおよび調整機構を含んでもよい。具体的には、ポジショナ１００は、ボルト円上に等間隔に配置された複数のボルト１０４によってバックフランジ２０に搭載されるフランジ１０３を有する、全体が円柱であってよいブラケット１０２を含む。別のブラケット１０６は、少なくとも１つのねじ付きロッド１０８および少なくとも１つのさらなる支持ロッド１１０（ばねなどの柔軟性があるが構造的に支持するスペーサ１１２を組込む）によってブラケット１０２上に支持される。ねじ付きロッド１０８は、ブラケット１０２に連通する場合、玉軸受組立体などの回転機構１１４によって支持される。この回転式支持配置構成は、ブラケット１０２のロケーションが、つまみねじ１１６を使用してロッド１０８を回転させることによって、アジマス軸１９に平行（第１位置決め軸「Ｚ」を規定する）に位置決めされることを可能にする。
【００５８】
ブラケット１０６上には、別のブラケット１１８が搭載され、別のブラケット１１８の位置は、つまみねじ１２２を使用してねじ付きロッド１２０を介して軸に垂直な横方向（第１位置決め軸「ｚ」と整列しない第２位置決め軸「ｘ」を規定する）に調整可能である。別のブラケット１２４が、ねじ付きロッド１２５を介してブラケット１１８上に搭載されるため、ブラケット１２４の位置は、つまみねじ１２６を介して２つの他の軸に垂直な方向（第１位置決め軸「ｚ」または第２位置決め軸「ｘ」と整列しない第３位置決め軸「ｙ」を規定する）に調整可能である。電磁石４２はブラケット１２４に搭載される。
【００５９】
（ｘ，ｙ，ｚ）位置決め軸は、バックフランジ２０に対して電磁石４２を位置決めするために少なくとも３自由度を提供する互いに直交する軸を有するデカルト座標系を含んでもよい。しかし、バックフランジ２０に対して電磁石４２を位置決めするために、異なる参照フレーム内でブラケット１０２、１０６、１１８、１２４の動きの方向を記述し実施するための、種々の他の参照フレームが使用されてもよいことが理解される。
【００６０】
ポジショナ１００は、当業者によって理解される他の機械的構造を有してもよい。代替の実施形態では、ポジショナ１００は、例えば、手動操作式つまみねじ１１６、１２２、１２６を、コントローラ８７に電気結合された、ステッパモータ、サーボモータなどのようなパワードドライブシステムと置換えることによって自動化されてもよい。パワードドライブシステムは、例えばコントローラ８７上に存在するソフトウェアアルゴリズムからのプログラム命令から導出される電気信号によって動作することになる。
【００６１】
同じ参照数字が図２の同じ機構を指す図５を参照し、また、本発明の代替の実施形態によれば、電磁石４２ａは、電磁石４２を改変して、極片４６、４８と結合し、かつ、ワイヤ通路９６以外は破断していない中実のディスク形状コア素子９８を含む。コア素子５４を置換えるコア素子９８は、極片４８の開放端４９と極片４６の開放端５２との間のギャップを埋める。コア素子９８はまた、極片４６の開放端５２の半径方向内側のボアを閉じる。コア素子９８は、磁気透過性材料から形成され、搭載板５８に従来のように固定される。
【００６２】
同じ参照数字が図２の同じ機構を指す図６を参照し、また、本発明の代替の実施形態によれば、電磁石４２ａと同じ電磁石４２ｂは、さらなる極片１３０を含む。極片１３０は、極片４８が極片４６と１３０との間に半径方向に配設されるように、極片４６、４８と同心に配置される。極片４６、４８、１３０は、環状コア素子１０７から軸方向に延在する。極片１３０およびコア素子１０７はまた、低炭素鋼などの磁気透過性材料、鉄または任意の他の適した材料から形成される。極片４８と１３０との間のギャップまたは開放空間１３４には、さらなるワイヤコイル１３８および１４０ならびにワイヤボビンまたはスプール１３６が配設され、それらが、ワイヤコイル７２、７４およびワイヤスプール６６と共に、電磁石４２ａをひとまとめに画定する。ワイヤスプール１３６は、ワイヤスプール６６と実質的に同じであり、ワイヤコイル１３８、１４０の対は、ワイヤコイル７２、７４と実質的に同じである。
【００６３】
ワイヤコイル１３８、１４０は、電磁石４２のワイヤコイル７２、７４に比べてアジマス軸１９（図１）に対して大きな半径で配設される。ワイヤコイル１３８、１４０は、ワイヤコイル７２、７４と独立に励磁されてもよいため、プラズマ１７（図１）に対する磁界７５の影響は、アジマス軸１９に対してより大きな径またはより小さな径にわたって分散されうる。半径方向分布はエッチ要件によって決まる可能性がある。独立した磁界発生は、コイル７２、７４だけを励磁することによって、ワイヤコイル１３８、１４０だけを励磁することによって、ワイヤコイル７２、７４の１つのセットとワイヤコイル１３８、１４０の他のセットを切換えることによって、または、独立の磁石電流設定を利用しながらすべてのコイル７２、７４、１３８、１４０を同時に励磁することによって行われうる。
【００６４】
代替の実施形態では、電磁石４２ｂは、各コイルセットについて単一の動作範囲だけが存在するように、２つのワイヤコイル７２、７４の一方、および／または、２つのワイヤコイル１３８、１４０の一方を省略してもよい。この代替の実施形態では、ワイヤコイル７２、７４の残りの１つのコイルの２つのタップは、電源８６と閉回路で結合され、電源８６からの電流によって励磁される。同様に、ワイヤコイル１３８、１４０の残りの１つのコイルの２つのタップは、電源８６と閉回路で結合され、電源８６からの電流によって励磁される。
【００６５】
同じ参照数字が図２の同じ機構を指す図７を参照し、また、本発明の代替の実施形態によれば、電磁石４２ｃは、ワイヤコイル７２、７４が極片４６の半径方向外側に配設されるように極片４８を省略する。結果として、ワイヤコイル７２、７４は、励磁されるワイヤコイル７２、７４から放出される磁界を形作り、集中させる磁気透過性材料によって、（アジマス軸１９（図１）に対して）その内径上でだけ半径方向に守られる。
【００６６】
同じ参照数字が図２の同じ機構を指す図８を参照し、また、本発明の代替の実施形態によれば、電磁石４２ｄは、ワイヤコイル７２、７４が極片４８の半径方向内側に配設されるように極片４６を省略する。結果として、ワイヤコイル７２、７４は、励磁されるワイヤコイル７２、７４から放出される磁界を形作り、誘導し、集中させるのに有効な磁気透過性材料によって（アジマス軸１９に対して）その外径上でだけ半径方向に守られる。
【００６７】
本発明のさらなる詳細および実施形態が、以下の実施例によって述べられるであろう。
【実施例１】
【００６８】
内側および外側コイルがそれぞれ９７０巻きの単一コイルを含むが、その他の点では電磁石４２ｂ（図６）に実質的に同じである電磁石組立体を有するイオン源は、この電磁石４２ｂの半径方向最も外側のコイルに供給される電流を測定するために、電磁石の半径方向最も内側のコイルと電源との間に電流計を装備した。電磁石の半径方向最も外側のコイルは、電源からはずされたため、電磁石４２ｂの最も内側のコイルだけが励磁された。電気プローブは、ビーム内に挿入され、ビーム入射方向に垂直な基板平面内に位置した。基板処理状況下で荷電した電気プローブから電圧が測定された。この電圧は、ブロードイオンビーム中性化の尺度と考えられた。
【００６９】
正に荷電したイオンの１２００Ｖ、６５０ｍＡビームが、アルゴンガスプラズマから抽出された。基板に向かって伝播している間に、イオンビームは、プラズマブリッジニュートラライザを利用して中性化された。一連のシリコン酸化物をコーティングされたシリコンウェハは、異なるイオン源電磁石電流設定ＩＭＡＧにおいて垂直入射でエッチングされた。電磁石電流設定ＩＭＡＧは、０．１アンペア（Ａ）増分でシステム的に変更された。イオン源からのイオンビームは、シリコン酸化物層の一部分をエッチングするために、静的に保持された基板に対して垂直入射で誘導された。基板上の異なるロケーションにおけるエッチレートは、測定されたエッチ深さ（酸化物層厚の変化）とエッチ時間の比として計算された。表１に示す相対エッチレートは、ゼロ磁石コイル電流による平均エッチレートで割った平均エッチレートを示す。選択されたプロセスパラメータおよびイオン源エッチングシステム構成における電磁石の作用についての任意の知識を展開する前に、ゼロ磁石コイル電流の値を用いてエッチレートを測定することが有利である。酸化物層厚の変化は、プリエッチおよびポストエッチ光学スペクトロフォトメトリ測定によって確定された。ＲＦ電力およびプローブ電圧は、磁石電流ＩＭＡＧのそれぞれの値について測定され、ゼロ磁石コイル電流における対応する値に正規化された。プローブ電圧は、ブロードイオンビームの中性化のレベルを表す。
【００７０】
【表１】
2010519710.tif 000003
【００７１】
表１に示すように、基板を均一にエッチングすることが望まれるときに適切であるエッチ深さプロファイルの形状を評価するための１つのメトリックは、パーセンテージとして表現される、エッチレートにおける「３シグマ」エッチレート「均一性」（平均（ｍｅａｎ）で割った、平均すなわち平均値からの標準偏差の３倍）変動である。表にしたデータから明らかなように、エッチレートの均一性は、磁石電流が０Ａ〜０．４Ａへ上昇するにつれて悪化する。０．４Ａを超えると、磁界がエッチプロファイルをフラットにするため、均一性は徐々に改善する。表にしたデータから明らかなように、１．２Ａ、１．３Ａおよび１．４Ａの磁石電流におけるエッチ均一性は、０Ａの電磁石電流におけるエッチ均一性と比較して改善される。静的に保持される基板上でこの方法（３％未満の３シグマ）によって達成される可能性がある高い程度のエッチ均一性は、電磁石組立体が調整されると、本発明の電磁石による外部磁界の導入が、プラズマ密度の局所変動を平滑化除去することを示す。
【００７２】
表１から明らかなように、測定されたエッチレートは電磁石電流に弱く依存する。必要である場合、例えばエッチ時間の適切な調整によって、補償されうるわずかな作用が存在する。この作用はまた、例えば１つのモジュールのエッチレートを別のモジュールのエッチレートに整合させるために、エッチプロファイルではなくイオン源のエッチレートを調整するのに有効に使用されてもよいが、こうした方法の実際の使用は、得られるエッチプロファイルの変化に対するプロセスの感度に依存することになる。磁石組立体からの磁界の存在は、磁界強度の増加（すなわち、電磁石電流の増加）に伴ってＲＦ電力を増加させる。しかし、観測されるＲＦ電力の増加は、電磁石電流の全範囲にわたってイオン源効率を大幅に減少させることなく許容されうる。
【００７３】
エッチレートプロファイルの均一性は、エッチプロファイルを生成するのに使用されるイオンビームの形状および／または均一性に関連する可能性がある。結果として、イオンビームのプロファイルの変動は、エッチレートまたはエッチ深さプロファイルの形状に関係付けられる。
【実施例２】
【００７４】
制御された状況下での電磁石の動作がイオンビームの指向性を低下させないことの証明として、イオンの角度分布の「局所分散角度（ｌｏｃａｌ  ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ  ａｎｇｌｅ）」が、ビームの異なる位置での最適電磁石電流設定について評価され、同じプロセスパラメータについて電磁石がない状態で得られた等価な結果と比較された。「局所分散角度」は、二酸化珪素をコーティングされたシリコンウェハが基板として使用され、高分解能なエッチ深さおよび横位置測定が可能なナノスペクトロフォメトリック測定装置（Ｎａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ  Ｎａｎｏｓｐｅｃ（商標）８０００）がエッチ深さプロファイルを確定するのに使用されたことを除いて、本質的に、非特許文献１（図１参照）によって述べられたように、マスキングアパーチャの下の基板をエッチングし、エッチスポットのサイズを測定することによって確定された。この出版物の開示は、参照によりその全体が本明細書に組込まれる。基板は、１．３Ａの磁石電流で動作する実施例１のイオン源を使用してエッチングされた。
【００７５】
表２に示すように、分散角度は、エッチングされた二酸化珪素層上の２つの異なる位置で、共に、ビームに対して垂直入射でかつ約９インチだけ格子平面の下流で評価された。１つの位置は、ビームの中心軸上の半径Ｒ＝０においてであり、第２の位置は、ビームの中心から２．５インチだけずれる半径Ｒ＝２．５’’においてである。分散角度測定値の推定誤差は約±０．５°である。表２に示すように、ビーム指向性の著しい低下が、選択された動作条件について電磁石動作から生じることの証明は存在しない。
【００７６】
【表２】
2010519710.tif 000004
【実施例３】
【００７７】
提示のために正規化された一連のイオンエッチプロファイルは、実施例１の（電磁石に印加される電流を除く）イオン源および動作パラメータを使用して生成され、図９に示される。電磁石のコイルに電流が印加されない（したがって、磁界強度がない）場合、プラズマ密度分布およびプラズマイオン束の分布は、曲線２００のイオンエッチプロファイルに反映される凸状プロファイルを特徴とする。比較的低い磁界強度ＢＬにおいて、プラズマ密度分布およびプラズマイオン束の分布は、曲線２１０のイオンエッチプロファイルに反映されるように、磁界強度の増加に伴って凸性が増加する。比較的高い磁界強度ＢＨにおいて、プラズマ密度分布およびプラズマイオン束の分布は、磁界強度の増加に伴ってより凹状になるように形状を変化させる。最終的に、プラズマ密度分布およびプラズマイオン束の分布は、曲線２２０のイオンエッチプロファイルに反映されるように、凹形状に変化する。
【００７８】
比較的低い磁界強度ＢＬと比較的高い磁界強度ＢＨとの間の磁界強度Ｂにおいて、プラズマ密度分布およびプラズマイオン束の分布は、曲線２３０のエッチプロファイルに反映されるように、実質的にフラットである、すなわち、凸状でもなく凹状でもないことになる。この挙動は、エッチプロファイルの全体の形状ならびにプラズマ密度分布およびプラズマイオン束の分布が、所望の形状に調節されることを可能にし、特に、非常に均一なエッチング特性を生成することができることにとって非常に有利である。従来技術の無線周波数イオンビーム源制御法の実施形態と比較すると、電磁石磁界を使用してプラズマ密度分布を調節するという本発明のイオン源の能力は、イオン源が、より広い範囲のビームパラメータにわたって使用されるか、または、異なる格子デザインを用いて使用されることを可能にする、すなわち、より広い範囲の所望のビームプロファイルを達成する。
【実施例４】
【００７９】
以下は、動作条件の変動の作用についてイオンビーム密度プロファイルを再最適化するように、所与のイオンビーム処理構成についてイオンビーム密度プロファイルを「再調整」するために、電磁石によって発生した磁界がどのように使用されうるかの実施例である。「イオンビーム処理構成」は、イオンビーム処理システムデザインおよび動作パラメータを指す。「イオンビーム処理システムデザイン」は、イオン源１０の実施形態、格子組立体３２デザイン、プロセスチャンバおよび真空ポンプシステムデザインを含むイオンビーム処理システムコンポーネントの機械的および電気的構成を含む。「動作パラメータ」は、本明細書では、イオンビーム格子電圧、ビーム電流、エッチ角度およびガス流量、ならびに電磁石設定自体以外の対象とする処理エリア（例えば、使用可能基板径）を含む機器設定のすべてを指す。「動作条件」は、任意特定の時間に任意特定の処理ツールに関連する密度プロファイルに影響を及ぼす可能性がある特定の状況のセットを指す。例えば、変動は、特定の電磁石ユニット、特定ユニットの格子セットおよび特定の真空ポンプを含む特定のプロセスチャンバを含む、特定のイオン発生器ユニット（プラズマ源）の構築における公差変動による可能性がある。あるいは、変動は、これらのコンポーネントが始めて設置され、最後に修理点検されて以来の、これらのコンポーネントに対する「経年（ａｇｉｎｇ）」作用による可能性がある。電磁石電流ＩＭＡＧは、動作条件の参照セットで動作する特定のイオンビーム構成について、電磁石４２の典型的な相対的影響についての知識ベースを生成することによって最初に最適化されてもよい。知識ベースは、参照条件で所望のイオンビームエッチレートプロファイルを達成する可能性がある、電磁石電流についての名目値ＩＮＯＭを選択するのに使用されてもよい。
【００８０】
図１０は、本発明の実施形態による、他の動作条件について、イオン源１０用の電磁石電流ＩＭＡＧを最適化するのに使用されてもよい方法４００を図式で示す。ブロック４０２にて、代表的な形態の分布プロファイルの形状係数Ｋが、イオンビームエッチプロファイルの凸性または凹性の尺度として規定される。この形状係数は、例えば、ある内側半径「ｒ０」内の測定点についてのビームの平均イオンビーム電流密度と、ｒ０と最大使用可能半径との間の半径における測定点についての平均電流密度の比であってよい。形状係数Ｋは、実質的にフラットなエッチプロファイルが存在するときに１に相当し、１より増加する値（Ｋ＞１）は徐々に凸状になるエッチプロファイルに相当し、１より減少する値（Ｋ＜１）は徐々に凹状になるエッチプロファイルに相当すると規定されてもよい。所与のイオンビーム処理構成および所与の動作パラメータのセットの場合、形状係数Ｋは、条件の参照セットについて、ＩＭＡＧの関数（すなわち、Ｋ＝Ｋ（ＩＭＡＧ））として提供されてもよい。
【００８１】
ブロック４０４にて、正規化された形状係数ＫＮは、参照電磁石電流Ｉ０における形状係数の値Ｋで割った、それぞれの異なる電磁石電流ＩＭＡＧにおける形状係数の値Ｋとして規定される。Ｉ０は、ゼロ電流として規定され、電磁石がターンオフされている状態に相当する。こうして、正規化された形状係数ＫＮは、
ＫＮ＝Ｋ（ＩＭＡＧ）／Ｋ（Ｉ０）
として規定されてもよい。
【００８２】
ブロック４０６にて、イオン源１０のイオンビームエッチプロファイルは、電磁石電流ＩＭＡＧの種々の値に関して参照動作条件で測定される。ブロック４０６の一実施形態では、基板１１は、電磁石電流ＩＭＡＧの種々の値において参照動作条件を用いてイオン源１０によってエッチングされ、各基板の得られるイオンビームエッチプロファイルが測定され、各イオンビームエッチプロファイルは、その対応する電磁石電流ＩＭＡＧに関連付けられる。代替の実施形態では、複数のファラディプローブが使用されて、参照動作条件を用いかつ電磁石電流ＩＭＡＧの種々の値で、イオン源１０のイオンビーム電流密度プロファイルについての空間分布が直接測定される。ブロック４０６にて、電磁石電流ＩＭＡＧの１つの値が参照電磁石電流Ｉ０であるように選択されてもよい。ブロック４０８にて、形状係数Ｋについての値および正規化された形状係数ＫＮが、ブロック４０６で測定された各イオンビームエッチプロファイルについて計算される。コントローラ８７は、各イオンビームエッチプロファイルについて、形状係数Ｋについての値および正規化された形状係数ＫＮを計算するのに使用されてもよい。
【００８３】
ブロック４１０にて、所与のイオンビーム処理システムおよび動作パラメータのセットについて、イオンビームエッチレートプロファイルに対する電磁石電流の相対的な作用に関する情報を含む知識ベースが生成される。知識ベースは、テーブルまたはグラフィック表現の形態（すなわち、図１１に示し、また、後で述べる形態など）をとってもよい。知識ベースは、コントローラ８７のメモリ内に存在してもよい。
【００８４】
ブロック４１２にて、イオン源１０の１つまたは複数のイオンビームエッチプロファイルは、特定のイオンビーム処理ユニットおよび対象とする時間におけるその特定の状態に相当する「実際の」動作条件下で、参照電磁石電流値Ｉ０で測定される。ブロック４１４にて、実際の形状係数ＫＡＣＴＵＡＬ（Ｉ０）は、実際の動作条件を用いた、参照電磁石電流Ｉ０における形状係数Ｋの値として規定される。ブロック４１６にて、実際の形状係数ＫＡＣＴＵＡＬ（Ｉ０）は、イオンビームエッチプロファイルが参照電流Ｉ０において所望の限界内にあることを示しているかどうかを判定するために評価される（すなわち、実際の形状係数ＫＡＣＴＵＡＬ（Ｉ０）がほぼ１である場合、イオンビームエッチプロファイルが本質的に凹状でも凸状でもないことを示しており、均一なエッチプロセスが所望される）。イオンビームエッチプロファイルが参照電流Ｉ０において望ましいことを、実際の形状係数ＫＡＣＴＵＡＬ（Ｉ０）が示すとき、ブロック４１８にて、名目電磁石電流ＩＮＯＭが参照電磁石電流Ｉ０にセットされる（ＩＮＯＭ＝Ｉ０）。ブロック４２０にて、電磁石電流最適化法４００が終了する。
【００８５】
コントローラ８７は、電磁石電流を最適化するプロセスを実施するのに使用されてもよい。コントローラ８７は、コントローラ８７のＣＰＵ上で実行される、適したアルゴリズムに基づいて実際の形状係数と所望の形状係数の評価をしてもよい。
【００８６】
好ましくないイオンビームエッチプロファイルが参照電流において得られる（すなわち、均一なエッチプロセスが所望されるときに、ＫＡＣＴＵＡＬ（Ｉ０）が１にほぼ等しくない）ことを、参照電流Ｉ０における実際の形状係数ＫＡＣＴＵＡＬ（Ｉ０）が示すとき、参照条件から得られる知識ベースが利用されて、ブロック４２２にて、所望のイオンビームエッチプロファイルをもたらす電磁石電流ＩＭＡＧの設定が確定される（そのため、実際の動作条件について密度プロファイルを最適にするために、異なる磁石電流で形状係数を再評価する必要が回避される）。知識ベースが利用されて、所望の正規化された形状係数ＫＮＤが、参照電流における実際の形状係数ＫＡＣＴＵＡＬ（Ｉ０）で割った所望の形状係数ＫＤＥＳＩＲＥＤの比に等しい電磁石電流ＩＭＡＧの値が見出されてもよい。一般に、均一なエッチプロセスが所望されるとき、所望の形状係数ＫＤＥＳＩＲＥＤ＝１であるが、本発明はそのように制限されない。所望の正規化された形状係数ＫＮＤは、
ＫＮＤ＝ＫＤＥＳＩＲＥＤ／ＫＡＣＴＵＡＬ（Ｉ０）
として規定されてもよい。
【００８７】
図１１は、イオンビームエッチプロファイルに対する磁石電流の相対作用の知識ベースのグラフ表現であり、電磁石電流ＩＭＡＧと正規化された形状係数ＫＮの関係をグラフで示す。このグラフ表現が利用されて、所望の形状係数ＫＮＤが（ＫＤＥＳＩＲＥＤ／ＫＡＣＴＵＡＬ（Ｉ０））に等しい（すなわち、均一なエッチプロセスが所望されるときＫＤＥＳＩＲＥＤ＝１である）電磁石電流ＩＭＡＧの値が参照されてもよい。電磁石電流ＩＭＡＧの得られる値が、電磁石４２または電源８６の実用的な動作範囲内にないとき、名目電磁石電流ＩＮＯＭは、正規化された形状係数ＫＮが所望の正規化された形状係数ＫＮＤに最も近い（すなわち、似ている）値にセットされてもよい。所望のエッチプロファイルをもたらす、電磁石電流ＩＭＡＧまたは正規化された形状係数ＫＮの２つ以上の値が存在するとき、この条件を与える任意の電磁石電流ＩＭＡＧが、名目電磁石電流ＩＮＯＭのために選択されてもよい。
【００８８】
例えば、図１１に示す知識ベースは、実際の形状係数ＫＡＣＴＵＡＬ（Ｉ０）が０．９８に等しく（例えば、イオンビームエッチレートプロファイルが凹状であることを示し）、所望の形状係数ＫＤＥＳＩＲＥＤがＩ０において（均一のエッチプロセスが所望されるとき）１に等しいとき、名目電磁石電流ＩＮＯＭを見出すために参照されてもよい。そのため、所望の正規化された形状係数ＫＮＤは、ＫＮＤ＝（１）／（０．９８）になるように計算される、すなわち、所望の形状係数ＫＮＤは、１．０２に等しいことになる。図１１に示すように、データベース内に、ＫＮ＝１．０２に対応する電磁石電流ＩＭＡＧの少なくとも２つの値が存在する。電磁石電流ＩＭＡＧのこれらの値のいずれかが、名目電磁石電流ＩＮＯＭとして選択され（すなわち、ＩＭＡＧは０．３４５アンペアまたは０．５アンペアにセットされてよい）、均一なエッチプロセスが所望される実質的にフラットなエッチレートプロファイルをもたらすとが考えられてもよい。
【００８９】
再び図１０を参照すると、ブロック４２４にて、名目電磁石電流ＩＮＯＭは、イオンビームエッチプロファイルのフラット性を最適化するために、所望の形状係数ＫＮＤが（ＫＤＥＳＩＲＥＤ／ＫＡＣＴＵＡＬ）に等しい電磁石電流ＩＭＡＧにセットされる。ブロック４２０にて、電磁石最適化プロセスが終了する。
【実施例５】
【００９０】
一実施形態では、電磁石電流ＩＭＡＧは、所望のエッチプロファイル（すなわち、均一のエッチプロセスが所望されるときに実質的にフラットなプロファイル）を生成するように、離散的な段で電磁石電流ＩＭＡＧを調整することによって最適化されてもよい。図１２は、電磁石電流を増分し、増分調整に関連する作用を測定することによって、離散的な段で電磁石電流ＩＭＡＧを最適化するルーチン４５０の例示である。ブロック４５２にて、イオン源１０についての動作パラメータがセットされる。動作パラメータは、実施例４で述べるように生成された知識ベースから導出されてもよい電磁石電流ＩＭＡＧの初期値を含んでもよい。ブロック４５４にて、イオン源１０が、基板１１を部分的にエッチングするのに使用される。ブロック４５６にて、イオンビームエッチプロファイルが測定される。
【００９１】
ブロック４６２にて、ブロック４５６で採取された測定値に基づいてエッチングプロセスが終了したかどうかを判定するために、イオンビームエッチプロファイルが解析される。好ましくは、これは、エッチプロファイルと同時の実際のエッチ深さの測定によって判定されるが、平均エッチレートおよび累積エッチ時間に基づいて判定されてもよい。エッチングプロセスが終了しなかったと判定される場合、ブロック４５４にて、基板は再び部分的にエッチングされ、上記シーケンスが繰返される。エッチングプロセスが終了すると、制御が、ブロック４６２からブロック４６４に移されて、離散的なステップでの電磁石電流ＩＭＡＧの調整が終了され、おそらく、同じ技法によって別の基板がエッチングされる。
【００９２】
エッチングプロセスが終了しない場合、イオンビームエッチプロファイルは、望ましいかどうか（すなわち、均一のエッチプロセスが所望されるとき、イオンビームエッチプロファイルがほぼフラットであるかどうか）を判定するためのブロック４５８にて解析される。イオンビームエッチプロファイルが望ましくない場合、ブロック４６０にて、動作設定が調整される。動作設定の調整は、電磁石電流ＩＭＡＧを徐々に増加させることまたは減少させることを含んでもよい。イオンビームエッチプロファイルが望ましい場合、動作設定において変更は行われず、基板のエッチングは、元の動作パラメータまたは調整された動作パラメータであってよいその時の動作パラメータで継続される。
【００９３】
ブロック４６６にて、別の基板を処理すべきかどうかの決定が行われる。処理すべきでない場合、制御はブロック４６８に移り、ルーチン４５０は停止する。動作設定に対する調整または補正が、基板について必要とされた場合、ルーチン４５０を受ける次の基板について、動作設定に対して調整が行われるべきかどうかを判定するためのクエリーが、ブロック４７０にて生成される。調整が行われるべきでない場合、制御は、ブロック４５２に戻り、次の基板についての動作設定は初期動作設定に戻る。あるいは、調整が所望される場合、制御はブロック４７２に移り、その時の基板の補正の結果に基づいてイオンビームエッチプロファイルの形状を改善するための新たな初期動作設定が生成される。制御は、ブロック４５４へのエントリ地点に戻り、新しい基板について、反復的な電流調整および部分的なエッチプロセスが繰返される。
【実施例６】
【００９４】
一実施形態では、イオン源１０は、（電磁石設定以外の）選択された動作パラメータにおいて、電磁石電流が磁石電流の「使用可能な」範囲内でゼロから増加するにつれて、イオンビームエッチプロファイルだけが凸状になるかまたは凹状になるようにデザインされてもよい。磁石電流の「使用可能な」範囲は、最初は電源および磁石デザインの調整可能な範囲を指すが、表１および２に関して述べるように、ビーム分散および／またはビーム中性化に対する磁界の影響などのエッチ性能要件によって制限される可能性がある。
【００９５】
凹状または凸状ビームプロファイルの補償を一般に必要とする可能性がある場合に、エッチプロファイルを微調するように、より完全に電磁石を利用できるために、イオンオプティクスを表す格子組立体３２の半径方向透過性は、電磁界が存在しない（すなわち、ワイヤコイル７２、７４に供給される電磁石電流ＩＭＡＧがゼロにセットされている）状態で、対象とする（電磁石電流設定を除く）動作パラメータにおいて、イオンビームエッチプロファイルが、磁石の作用に対して凸性が反転させられるようにデザインされてもよい（磁界の作用が凸性を増加させる場合、より凹状であり、また、その逆の場合も同じである）。全体的なこの変化の量的な程度が最適化されて、推定される最も広い範囲の潜在的な動作条件および磁石電流設定について、最も望ましいプロファイルが得られることが可能になってもよい。最適な場合、最も望ましい密度プロファイルは、平均して、ゼロと許容される最大設定との間の中間のある磁石電流で達成されることになる。
【００９６】
例えば、図１１は、電磁石電流ＩＭＡＧが、０〜０．３Ａの低磁界範囲で増加すると、イオンビームエッチプロファイルがより凸状になるような、正規化された形状プロファイルＫＮに対する電磁石電流の作用をグラフで示す。
【００９７】
図１３Ａは、電磁石電流ＩＭＡＧがゼロに等しくなるようセットされた状態での、図１および２のイオン源の先の実施形態によって生成された動作パラメータの所与のセットについてのわずかに凸状のイオンビームエッチプロファイル５１０を予言的に示す。このプロファイルは、磁石電流のわずかの増加がプロファイルをより凹状にするだけであるということによって、低磁界強度で動作する電磁石によってより均一になることができない。図１３Ｂは、電磁石電流ＩＭＡＧがゼロにセットされた状態での、同じ動作パラメータにおける同じイオン源、および、得られるプロファイルがより凹状になるように凸性を低減するよう調整されたデザインにおける格子組立体３２の半径方向透過性によって生成されたイオンビームエッチプロファイル５２０を予言的に示す。
【００９８】
図１３Ｃで予言的に示されるように、ワイヤコイル７２、７４に対する電磁石電流ＩＭＡＧは、この場合、比較的低い値までわずかに増加して、イオンビームエッチプロファイル５２０（図１３Ｂ）の凹性を低減し、より均一なイオンビームエッチプロファイル５３０をもたらしてもよい。図１１の場合、この方法は、有利には、電磁石動作を低磁界範囲に制限するのに使用されてもよく、そのことは、イオンオプティクス動作に関する磁界の干渉（すなわち、大きな磁界は、格子３８の近傍における磁界プラズマ歪のために、イオンビーム１５の分散を増加させる可能性がある）および／または基板１１に対する下流伝播におけるイオンビーム１５の中性化を最小にするのに望ましい可能性がある。
【００９９】
電磁石電流ＩＭＡＧに対する調整は、同様に、イオン源１０が経年変化するときの、イオンビームエッチプロファイルの劣化を制御するのに利用されてもよい。図１４Ａは、イオン源１０が経年変化するにつれて、フラットなプロファイル５３０（図１３Ｃ）が凸性を増加させられる、（均一なエッチプロセスが所望される場合に）図１３Ｃで得られたイオンビームエッチプロファイルの劣化を予言的に示す。具体的には、凸性が増加したイオンビームエッチプロファイル６００は、イオン源１０が使用に伴って経年変化するときに観察される可能性がある。図１４Ｂは、イオンビームエッチプロファイルをフラットにするために、電磁石に供給される電磁石電流ＩＭＡＧを減少させることによって行われてもよい調整の作用を予言的に示す。その後、電磁石電流ＩＭＡＧの減少は、イオン束の分布をフラットにして、プロファイルよりも少ない凸性を有し、また、プロファイル５３０（図１３Ｃ）により厳密に似るイオンビームエッチプロファイル６１０（図１４Ｂ）を生成する。
【０１００】
その逆で、図１４Ｃおよび１４Ｄは、形状プロファイル５３０（図１３Ｃ）が、イオン源１０の経年変化に伴って凹性が増加させられる、図１３Ｃのフラットプロファイルの劣化、および、イオンビームエッチをフラットにするために、電磁石電流ＩＭＡＧを増加させることによって行われてもよい調整を予言的に示す。具体的には、イオンビームエッチプロファイル６５０は、イオン源１０が動作に伴って経年変化すると、徐々に凹性が増加する。その後、電磁石電流ＩＭＡＧの増加は、イオン束の分布をフラットにして、少ない凹性を有し、また、プロファイル５３０（図１３Ｃ）により厳密に似るイオンビームエッチプロファイル６６０（図１４Ｄ）を生成する。
【０１０１】
処理されるべき異なる基板について磁界７５を異なって最適化することが望ましい場合、コイル７２、７４に対する磁石電流設定８６に通信される。上述したように、変動を補償するよう磁石電流を調整するために、レシピ制御ソフトウェアが使用されて、プロセスレシピが自動的に書き直されうる。
【０１０２】
アジマス軸１９を中心としてイオン源１０に垂直なアジマス非対称によるイオンビームエッチプロファイルの任意の不均一性は、無視できるか、または、半径方向不均一性と比べて少なくとも小さい可能性がある。しかし、イオン源１０のアジマス軸１９に垂直なアジマス非対称によるイオンビームエッチプロファイル不均一性が無視できない場合、電磁石４２の位置に対する他の調整が、上述した方法を使用する前に行われてもよい。
【０１０３】
本発明が種々の実施形態および実施例の説明によって示され、また、これらの実施形態がかなり詳細に述べられたが、添付特許請求項の範囲をこうした詳細に制限するか、または、とにかく限定することは、本出願人の意図ではない。さらなる利点および修正が当業者に容易に明らかになるであろう。したがって、本発明は、その幅広い態様において、特定の詳細、代表的な装置および方法、ならびに、示され、述べられる例証的な実施例に限定されない。相応して、本出願人の一般的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、こうした詳細からの逸脱が行われてもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  イオン源
１１  基板
１２  真空処理システム
１２ａ  プロセスチャンバ
１３  真空ポンプ
１４  処理空間
１５  イオンビーム
１６  放電チャンバ
１７  プラズマ
１８  管状側壁
１９  アジマス軸
２０  バックフランジ
２１  基板支持体
２２  ガス入口
２３  ガス源
２４  放電空間
２５  ファラディシールド
２６  コイルアンテナ
２８  電源
３０  インピーダンス整合ネットワーク
３１、４９、５１、５２、５３  開放端
３２  格子組立体
３４、３６、３８  格子
４０  格子電源
４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ  電磁石
４４  リエントラント容器
４６、４８、１３０  極片
５０、１３４  ギャップ
５４、９８、１０７  コア素子
５６  端壁
５８  搭載板
６０  リング
６２  側壁
６４  絶縁材料の板
６６、１３６  ワイヤスプール
６７  止めねじ
６８  穴
７２、７４、１３８、１４０  ワイヤコイル
７６、７８  フランジ
７７  アパーチャ
８０、８２、８４  タップ
８６  電源
８７  コントローラ
８９  センサ
９２  ガイドポスト
９６  ワイヤ通路
１００  ポジショナ
１０２、１０６、１１８、１２４  ブラケット
１０３  フランジ
１０４  ボルト
１０８、１２０、１２５  ねじ付きロッド
１１０  支持ロッド
１１２  スペーサ
１１４  回転機構
１１６、１２２、１２６  つまみねじ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
2010519710.tif 000021
【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【国際調査報告】
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2010519710.tif 000026
2010519710.tif 000027
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