(57)【要約】一実施形態において、基板をエッチングする方法は、処理装置の第１セットの制御設定を用いて第１のイオンビームを処理装置の抽出プレートを通して基板に向けるステップを含む。この方法は更に、前記第１のイオンビームによりエッチングされる材料の第１の材料から第２の材料への変化を示す信号を前記基板から検出し、前記処理装置の制御設定を前記第２の材料に基づいて前記第１セットの制御設定と異なる第２セットの制御設定に調整し、前記第２セットの制御設定を用いて第２のイオンビームを前記抽出プレートを通して前記基板に向けるステップを含む。
2017520909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をエッチングする方法であって、
処理装置の第１セットの制御設定を用いて第１のイオンビームを前記処理装置の抽出プレートを通して前記基板に向けるステップと、
前記第１のイオンビームによってエッチングされる材料の第１の材料から第２の材料への変化を示す、前記基板からの信号を検出するステップと、
前記処理装置の制御設定を前記第２の材料に基づいて前記第１セットの制御設定と異なる第２セットの制御設定に調整するステップと、
前記第２セットの制御設定を用いて第２のイオンビームを前記抽出プレートを通して前記基板に向けるステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記基板は、
基板基部上に複数の層を備える積層と、
前記第１のイオンビームを向けるステップの前に前記積層上に配置された、複数のマスク特徴部を備えるマスクと、
を備える、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記制御設定を調整するステップは、前記第１の材料と前記第２の材料のスパッタエッチング特性の差を考慮して、前記第１のイオンビームと前記第２のイオンビームとの間でイオン入射角を調整するために、少なくとも一つの制御設定を調整するステップを備える、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記信号を検出するステップは、前記第１の材料又は前記第２の材料の少なくとも一つの元素により発生される発光分光分析（ＯＥＳ）信号を受信するステップを備える、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記制御設定を調整するステップは、抽出電圧、前記処理装置のプラズマチャンバに供給されるＲＦ電力、前記基板と前記抽出プレートとの間の間隔、前記プラズマチャンバの圧力、パルスイオンビームのイオンビームデューティサイクル、及び前記基板を保持する基板ホルダに与えられる走査速度のうちの少なくとも一つを調整するステップを備える、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記制御設定を第２セットの制御設定に調整するステップは、
前記第１セットの制御設定を前記第２の材料と関連する所定のセットの制御設定に調整するステップと、
前記所定のセットの制御設定を用いて前記抽出プレートを通して向けられるイオンビームのイオンエネルギー、イオンビーム電流及びイオン角度分布を含む少なくとも一つのパラメータを測定するためにメトロロジーを実行するステップと、
前記測定された前記イオンビームの少なくとも一つのパラメータに基づいて、前記所定のセットの制御設定を前記第２のセットの制御設定に調整するステップと、
を備える、請求項１記載の方法。
【請求項７】
初期イオン角度、初期イオンエネルギー及び初期イオン電流のうちの少なくとも一つを備える初期イオンビームプロファイルを受信するステップと、
前記初期イオンビームプロファイルの受信に応答して、予備セットの制御設定を用いて予備イオンビームを発生させるステップと、
前記予備イオンビームを測定するためにメトロロジーを実行するステップと、
前記予備セットの制御設定を前記予備イオンビームが前記初期イオンビームプロファイルに一致するまで調整するステップと、
を、さらに、備える、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記第１のイオンビームは第１のイオン角度分布を有し、前記第２のイオンビームは前記第１のイオン角度分布と異なる第２のイオン角度分布を有する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
デバイス構造をエッチングする方法であって、
基板基部上に配置された、少なくとも一つの金属層を含む多数の層を有する積層と、前記積層上に配置された複数のマスク特徴部を有するマスクとを備える基板を設けるステップと、
処理装置の第１セットの制御設定を用いて第１のイオンビームを前記処理装置の抽出プレートを通して前記積層に向けるステップと、
前記積層内のエッチングされている材料の第１の材料から第２の材料への変化を示す発光分光分析（ＯＥＳ）信号を前記積層から検出するステップと、
前記処理装置の制御設定を前記第２の材料に基づいて前記第１セットの制御設定と異なる第２セットの制御設定に調整するステップと、
前記第２セットの制御設定を用いて第２のイオンビームを前記抽出プレートを通して前記積層に向けるステップと、
を備える、方法。
【請求項１０】
前記第１のイオンビームは第１のイオン角度分布及び第１のイオンエネルギーを有し、前記第２のイオンビームは第２のイオン角度分布及び第２のイオンエネルギーを有し、前記第１のイオンエネルギー及び前記第１のイオン角度分布の少なくとも一つは前記第２のイオンエネルギー又は前記第２のイオン角度分布とそれぞれ異なる、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記制御設定を調整するステップは、抽出電圧、前記処理装置のプラズマチャンバに供給されるＲＦ電力、前記基板と前記抽出プレートとの間の間隔、前記プラズマチャンバの圧力、パルスイオンビームのイオンビームデューティサイクル、及び前記基板を保持する基板ホルダに与えられる走査速度のうちの少なくとも一つを調整するステップを備える、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
プラズマチャンバ内でプラズマを発生するプラズマ源と、
前記プラズマチャンバの一側に沿って配置され、前記プラズマチャンバと基板との間にバイアスが供給されたときイオンビームを基板に向けるように構成された開口を有する抽出プレートと、
前記基板からの少なくとも一つの信号を測定するモニタリング装置と、
少なくとも一つのコンピュータ可読記憶媒体であって、実行時に、処理装置に、
第１セットの制御設定を用いて第１のイオンビームが前記基板に向けられているとき、第１の材料から第２の材料への材料の変化を示す前記基板からの第１の信号を識別させ、
前記第２の材料に基づいて前記処理装置の制御設定を前記第１セットの制御設定と異なる第２セットの制御設定に調整させ、
前記第２セットの制御設定を用いて第２のイオンビームを前記抽出プレートを通して前記基板に向けさせる、
命令を備えるコンピュータ可読記憶媒体と、
を備える、処理装置。
【請求項１３】
前記基板を第１の方向に沿って走査するように構成された基板ホルダを更に備え、
前記イオンビームはパルスイオンビームより成り、前記モニタリング装置は前記第１の方向に沿って基板に対して複数の異なる位置に配置された複数の発光分光分析（ＯＥＳ）検出器を備え、前記第１の信号は前記複数の位置の第１の位置で検出される第１のＯＥＳ信号であり、前記少なくとも一つのコンピュータ可読記憶媒体は、実行時に、前記処理装置に、
前記第１のＯＥＳ信号と異なる、前記複数の位置の第２の位置からの第２のＯＥＳ信号を前記基板から受信させ、
前記第１のＯＥＳ信号及び第２のＯＥＳ信号の受信に応答して前記第１の方向に沿う前記基板の走査中に前記パルスイオンビームのイオンビームデューティサイクルを調整させる、
命令を備える、請求項１２記載の処理装置。
【請求項１４】
前記少なくとも一つのコンピュータ可読記憶媒体は、実行時に、前記処理装置に、
前記制御設定を前記第２の材料と関連する所定のセットの制御設定に調整させ、
前記所定のセットの制御設定を用いて前記抽出プレートを通して向けられるイオンビームのイオンエネルギー、イオンビーム電流及びイオン角度分布を含む少なくとも一つのパラメータを測定するために、メトロロジーを実行させ、
前記測定された前記イオンビームの少なくとも一つのパラメータに基づいて前記所定のセットの制御設定を前記第２のセットの制御設定に調整させる、
命令を備える、請求項１２記載の処理装置。
【請求項１５】
前記少なくとも一つのコンピュータ可読記憶媒体は、実行時に、前記処理装置に、
前記測定された前記イオンビームの少なくとも一つのパラメータを前記第２の材料のための目標イオンビームプロファイルと比較させ、
前記制御設定を前記目標イオンビームプロファイルに一致するまで調整させる、
命令を備える、請求項１４記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はイオンビームを用いる基板エッチング技術に関し、より詳しくはパターン化された構造を生成する多層基板のエッチング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの現代のデバイスの製造は多くの場合デバイス特徴部を規定するために多層のエッチングを必要とする。例えば、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）又は他の高性能メモリデバイス等のいくつかのメモリデバイスは、金属や金属合金等の多数の異なる材料の異なる層を含む積層から製造される。このような積層のエッチングは積層内のＣｏ，Ｐｔ又はＦｅ等の不揮発性材料の存在に起因する多くの問題に悩まされる。このような材料の不揮発性のために、ＭＲＡＭ積層をパターン化するエッチングプロセスは主に物理エッチング機構に頼っている。
【０００３】
ＭＲＡＭセルを規定するために使用するパターン化されたマスク材料が基板上に形成された後、マスクエッチ速度は露出した積層材料のエッチ速度と同等であり得るので、マスクのかなりの浸食が生じる。これは所定のマスク厚に対してエッチングし得る積層の厚さを制限する。例えば、３０ｎｍのＭＲＡＭ層のエッチングのためのハードマスクとして９０ｎｍのＴｉＮ又はＷを使用することができる。加えて、金属材料を含む積層からエッチ除去された材料がメモリセルなどの形成中のパターン化された特徴部の側壁に再堆積され、セルの臨界寸法の増大、例えば２５ｎｍから４０ｎｍへの増大がもたらされ得る。また、エッチング中のイオンノッキング／ミクシングによって凹部酸化物のエッジに金属の残留が生じ、金属層間の短絡を生じ得る。更に、このようなセルにおける側壁の急峻性の欠如及び側壁損傷は形成されるＭＲＡＭデバイスの性能を劣化し得る。
【０００４】
これらの問題に対処する現在の試みとして、パターン化された特徴部の外形急峻性を向上させ、再堆積を低減するために多角度イオンエネルギーの使用がある。しかしながら、この試みはタイムベースエッチングを必要とし、このようなエッチングはロバストなプロセスでなく、経時的な積層の厚さ変化又はエッチ速度ドリフト原因になり得る。これらの及び他の考察によれば、本発明の実施形態が必要とされる。
【発明の概要】
【０００５】
この概要は、発明の実施形態の形態において以下で更に説明される概念の選択を簡略化した形で導入するために与えられる。この概要は請求の範囲に記載される発明の要旨の重要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図するものでなく、請求の範囲に記載される発明の要旨の範囲を特定するのに役立つことを意図するものでもない
【０００６】
一実施形態において、基板をエッチングする方法は、処理装置の第１セットの制御設定を用いて第１のイオンビームを処理装置の抽出プレートを通して基板に向けるステップを含む。この方法は更に、前記第１のイオンビームによりエッチングされる材料の第１の材料から第２の材料への変化を示す信号を前記基板から検出し、前記処理装置の制御設定を前記第２の材料に基づいて前記第１セットの制御設定と異なる第２セットの制御設定に調整し、前記第２セットの制御設定を用いて第２のイオンビームを前記抽出プレートを通して前記基板に向けるステップを含む。
【０００７】
別の実施形態において、デバイス構造をエッチングする方法は、基板基部上に配置された、少なくとも一つの金属層を含む多数の層を有する積層と、前記積層上に配置された複数のマスク特徴部を有するマスクを備える基板を設け、処理装置の第１セットの制御設定を用いて第１のイオンビームを前記処理装置の抽出プレートを通して前記積層に向けるステップを備える。本方法は更に、前記積層内のエッチングされている材料の第１の材料から第２の材料への変化を示す発光分光分析（ＯＥＳ）信号を前記積層から検出し、前記処理装置の制御設定を前記第２の材料に基づいて前記第１セットの制御設定と異なる第２セットの制御設定に調整し、前記第２セットの制御設定を用いて第２のイオンビームを前記抽出プレートを通して前記積層に向けるステップを備える。
【０００８】
更なる実施形態において、処理装置は、プラズマチャンバ内でプラズマを発生させるプラズマ源と、前記プラズマチャンバの一側に沿って配置され、前記プラズマチャンバと基板との間にバイアスが供給されたときイオンビームを基板に向けるように構成された開口を有する抽出プレートと、前記基板からの信号を測定するモニタリング装置を備える。前記処理装置は、少なくとも一つのコンピュータ可読記憶媒体も含み、前記コンピュータ可読記憶媒体は、実行時に、前記処理装置に、第１のイオンビームが前記基板に向けられているとき、第１の材料から第２の材料への材料の変化を示す基板からの第１の信号を識別させ、前記第２の材料に基づいて前記処理装置の制御設定を前記第１セットの制御設定と異なる第２セットの制御設定に調整させ、前記第２セットの制御設定を用いて第２のイオンビームを前記抽出プレートを通して前記基板に向けさせる命令を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１Ａは、一実施形態による処理装置の側面図を示す。図１Ｂは、図１Ａの処理装置の抽出プレートと処理チャンバの一実施形態の上面図を示す。
【図２】図２Ａは、例示的なＭＲＡＭ積層の側面図を示す。図２Ｂは、一実施形態によるＭＲＡＭ構造のエッチングを示す。
【図３】図３Ａは、積層のエッチングをモニタするためのＯＥＳ信号の利用を示す。図３Ｂは、イオン入射角の関数としての種々の材料のスパッタ速度を示す。
【図４】図４Ａは、積層の２つの異なる層のエッチングに適用し得る２つの異なるイオン角度分布の一例を示す。図４Ｂは、イオンビームを基板に照射してエッチングされた構造を生成する一実施形態を示す。
【図５】例示的な第１のプロセスフローを示す。
【図６】例示的な第２のプロセスフローを示す。
【図７】例示的な第３のプロセスフローを示す。
【図８】例示的な第４のプロセスフローを示す。
【図９】図９Ａ−９Ｃは様々な実施形態と一致する動的イオンエネルギー制御を実施する一つのシナリオの図的表現を提示する。
【図１０】例示的な第５のプロセスフローを示す。
【図１１】例示的な第６のプロセスフローを示す。
【図１２】図１２Ａ−１２Ｃは図１０のプロセスフローを実施する一つのシナリオの図的表現を提示し、図１２Ｄ−１２Ｆは図１１のプロセスフローを実施する一つのシナリオの図的表現を提示する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
発明の実施形態を以下に、種々の実施形態を示す添付図面につきより完全に説明する。しかしながら、本発明の要旨は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書において記載される実施形態に限定するものと解釈すべきではない。むしろ、これら実施形態は、本明細書を完全かつ完璧にするよう、また本発明要旨の範囲を当業者に完全に伝えるよう提示したものである。
【００１１】
本明細書に記載する実施形態は基板を動的にエッチングする装置及び方法を提供する。特に、本実施形態は基板上に配置された層の積み重ね（本明細書では「積層」という）内にエッチ加工構造を生成する新規な方法及び装置を提供する。積層は部分的にマスクで覆うことができ、このマスクは積層内にエッチ加工すべき構造のパターンを規定するために使用される一組のパターン化された特徴部を備える。本実施形態は、少なくとも一つの金属層を含む積層、例えばＭＲＡＭデバイス又は同類のデバイスを形成するために使用される積層をエッチングするのに適している。しかしながら、本実施形態は他の多層構造をエッチングするために利用し、イオンビームエッチングの条件をエッチング中に動的に調整することができる。様々な実施形態では、積層のエッチングは、積層の多数の層をスパッタエッチングするためにプラズマチャンバから抽出されるイオンを使用する動的エッチングプロセスを用いて実行される。本実施形態によれば、エッチング中の層の物理的及び／又は化学的特性に従ってイオンビームの特性を調整するために処理装置の制御設定が動的に調整される。
【００１２】
このように、ＭＲＡＭ積層の構造、特に側壁の急峻性及び損傷は、イオンビームの入射角及び入射イオンのエネルギーを形成すべきＭＲＡＭデバイスの積層内のエッチング中の層に従って制御することによって改善することができる。この制御は、積層の異なる金属層はイオンエネルギー及びイオン入射角の関数として異なるスパッタリング収率を有し得るため及び形成中のＭＲＡＭ積層へのそれらの再堆積率が異なる付着係数のために異なり得るために、有用である。例えば、本実施形態は、エッチングし難い金属層に対して、イオンビームエネルギーを高いエネルギー及び大きい入射角に動的に調整することができ、エッチングし易い金属層に対して、イオンビームは低いエネルギー及び低い入射角に動的に切り替えることができる。
【００１３】
様々な実施形態では、第１の層のエッチングが完了する時、又は第１の層と隣接する第２の層のエッチングが開始する時、又はその両方の組み合わせをリアルタイムに決定するためにモニタリング装置及び方法が使用される。こうして、エッチングに使用するイオンビームを発生する処理装置の制御設定を調整するタイミングについての決定を行うことができる。
【００１４】
本実施形態のモニタリング装置は一般に知られている発光分光分析（ＯＥＳ）装置とし得る。モニタリング装置は代わりに、エッチング中の基板の表面反射率（異なる層の間で変化する）を測定する反射計装置としてもよい。しかしながら、実施形態はこれに関連して限定されない。このようなモニタリング装置は本明細書では「エンドポイント検出」装置と総称するが、本実施形態では、検出される「エンドポイント」は、エッチング中の第１の層から第２の層への移行を示し、使用するイオンビームの状態をエッチングを完全に終了させるよりもエッチングを実行させるように調整するのに使用することができる。従って、様々な実施形態では、積層がエッチングされているプロセスチャンバから放出されるＯＥＳ信号は、積層の所定の層のエッチングが開始する時又はその隣の層のエッチングが開始する時をリアルタイムに指示する帰還信号として使用することができるため、処理装置の制御設定が所定の層をエッチングするためのイオンビーム入射角、イオンエネルギー又は他のパラメータを調整するために調整される。
【００１５】
図１Ａは本発明の実施形態による処理装置１００の側面図を示す。処理装置１００は、プラズマチャンバ１０４内にプラズマ１１２を発生させるためにプラズマ源１０２を含む。プラズマ源１０２は、ＲＦプラズマ源（誘導結合プラズマＩＣＰ）源、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源、ヘリコン源、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源、誘導加熱陰極（ＩＨＣ）源、グロー放電源、又は当業者に周知の他のプラズマ源とし得る。この特定の実施形態では、プラズマ源１０２は、ＲＦ発生器１０８及びＲＦ整合ネットワーク１１０を有するＩＣＰ源である。ＲＦ発生器からガス原子及び／又は分子へのＲＦ電力の伝達はアンテナ及び誘電体窓（図示せず）を介して行われる。ガスマニホルド１０６が適切なガスライン又はガスインレットを介してプラズマ源１０２に接続される。処理装置１００のプラズマ源１０２又は他のコンポーネントも真空システム（図示せず）、例えばロータリ又はメンブレンポンプで支援されたターボ分子ポンプ、に接続される。プラズマ源１０２はエンクロージャ１２６で囲まれ、絶縁体１４０が基板ホルダ１２０を含むプロセスチャンバ１４２からエンクロージャ１２６を絶縁する。プラズマ源１０２と基板ホルダ１２０は高電位にする又は電気的に接地することができるが、処理チャンバ１４２は電気的に接地することができる。
【００１６】
抽出プレート１１４は図１Ａに示すようにプラズマチャンバ１０４の一側面に沿って配置される。図１Ａの図において、抽出プレート１１４はプラズマチャンバ１０４の底面に配置されている。抽出プレート１１４は具体的にはプラズマチャンバ１０４とプロセスチャンバ１４２との間に配置される。抽出プレート１０４はプラズマチャンバ又はプロセスチャンバ又は場合によってはその両方のチャンバ壁の一部分を規定し得る。抽出プレート１１４は、イオンをイオンビーム１１８として抽出し、基板ホルダ１２０に向ける開口１１６を含む。図１Ｂは抽出プレート１１４及びプロセスチャンバ１４２の一実施形態の上面図を示し、処理装置１００のプラズマチャンバ１０４及びその他のコンポーネントは明瞭のために省略されている。
【００１７】
処理装置１００は更に、抽出光学系を駆動し、基板１２２に供給されるイオンビームエネルギーを制御するために使用する複数の電圧源を含む。それらはまとめて抽出電圧システム１３０として示されている。様々な実施形態において、抽出電圧システム１３０は、チャンバ電源１３２、抽出プレート電源１３６及び基板電源１３８を含み得る。基板１２２において所望のエネルギーを有するイオンビーム１１８で示されるような正イオンビームを発生させるために、基板電源１３８によって基板ホルダ１２０をグランドに対して負にバイアスし、プラズマチャンバ１０４は接地することができる。代わりに、プラズマチャンバ１０４をグランドに対して正にバイアスし、基板１２０を接地するか、グランドに対して負にバイアスすることができる。いくつかの実施形態では、抽出プレート１１４は抽出プレート電源１３６を用いてプラズマチャンバ１０４と独立にバイアスするか、フローティングにすることができる。
【００１８】
処理装置１００は処理装置１００の種々のコンポーネントの動作を制御するために制御システム１５０も含む。制御システム１５０は、処理装置１００のコンポーネント、特にＲＦ発生器１０５、質量流コントローラ（図示せず）、基板ホルダ１２０の移動及び位置、及び抽出電圧システム１３０の動作を命令するハードウェア及びソフトウェアコンポーネントの組み合わせを含み得る。制御システム１５０は、実行時に基板１２２上の積層からエッチングされた材料により発生されるリアルタイム信号並びにイオンビームプロファイル測定からの信号に応答して処理装置のコンポーネントの動作を処理装置１００に動的に調整せしめる命令を備えるコンピュータ可読記憶媒体を含み得る。
【００１９】
様々な実施形態では、基板ホルダ１２０は基板ホルダ１２０を図示のカーテシアン座標系のＹ軸に平行な方向に沿って移動するように構成されたドライブ１４８に結合し得る。他の実施形態では、基板ホルダ１２０はＸ軸，Ｚ軸又はその両軸に平行な方向に沿って移動可能にし得る。この構成は処理装置１００に複数の自由度を与える。すなわち、抽出開口１１６に対する基板の相対位置を変えることができ、場合により基板１２２を開口１１６に対して走査してイオンビーム１１８を基板１２２の全表面に供給することができる。図１Ｂに示すように、基板ホルダ１２０及び基板１２２はＸ−Ｙ平面内で回転角γに亘って回転可能にすることもできる。
【００２０】
図１Ｂは抽出プレート１１４の一実施形態の詳細平面図を示し、抽出プレート１１４には開口１１６がイオンビーム１１８をリボンビームとして抽出するようにＸ軸に平行な方向に延在している。様々な実施形態では、図に示すようにＸ軸に沿うイオンビーム１１８のイオンビーム幅はＸ軸に沿う基板１２２の寸法より大きくすることができる。例えば、３０ｃｍのＸ軸に沿う基板寸法に対して、イオンビームの幅は、基板１２２が一回の走査でその全幅に亘って処理されるように、３３ｃｍより数センチメートル大きくすることができる。図１Ｂに示すように、開口１１６に隣接して位置する基板１２２の細長い部分はいかなる場合にもイオンビーム１１８に暴露される。従って、基板１２２の全体をエッチングのためにイオンビーム１１８に暴露させるために、処理装置１００の動作の一例では、基板ホルダ１２０を点ＡとＢの間でＹ軸に平行な方向に沿って往復走査させることができる。いくつかの実施形態では、所定の基板１２２の所定の層のエッチング中に、イオンビーム１１８でエッチングすべき特徴部の種々の部分を暴露する基板をＸ−Ｙ平面内で複数回回転させることができる。この回転は、例えば多数の層を含むＭＲＡＭデバイス等のパターン化された特徴部を形成するために、基板上に形成された積層の所定の層のエッチング中に多数回実行することができる。
【００２１】
図１Ａに更に示すように、プラズマ１１２がプラズマチャンバ１０４内に発生されるとき、プラズマ１１２のプラズマシース境界１１５は開口１１６に隣接してメニスカスを形成する曲率を呈する。メニスカスの正確な形状は処理装置１００の制御設定を変更することによって変化させることができる。このように、開口１１６から抽出されるイオンの軌道は以下で論じるように処理装置１００の制御設定を調整することによって変化させることができる。特に、基板ホルダ１２０とプラズマチャンバ１０４との間に電圧を印加すると（この電圧をここでは「抽出電圧」という）、イオンビーム１１８がプラズマ１１２から抽出され、基板１２２に向けられる。高電圧をチャンバ電源１３２又は基板電源１３８によって供給し、正イオンがプラズマ１１２から抽出されるように基板ホルダ１２０に負極性を発生させることができる。
【００２２】
様々な実施形態では、イオンビーム１１８は、既知の物理エッチングプロセスによって基板１２２から材料をスパッタエッチングする不活性ガスイオン、反応性イオン、又は不活性ガスイオンと反応性イオンの両方などのイオンを含み得る。以下に記載する実施形態では、基板１２２上に形成された積層の物理エッチングは、プラズマチャンバ１０４に供給されるＲＦ電力、又は処理装置１００のコンポーネントにより供給される電圧、並びに抽出プレート１１４に対する基板１２２の位置などの制御設定を調整することによって動的に調整することができる。この制御設定の動的調整は積層の異なる層に対してイオンビーム１１８により実行されるエッチングを調整する能力を促進する。イオンビーム１１８は積層内の種々の層からなるデバイス構造をスパッタエッチングするために使用することができ、そのスパッタエッチング特性を異なる層の間で変えることができ、そのためにはイオンビーム１１８のイオンビームプロファイルをエッチングされる層に従って調整することが有用である。このようにすると、デバイス構造内のすべての層が上記のようにエッチングされた後に良好なデバイス構造が得られる。本明細書で使用する「イオンビームプロファイル」という用語は、イオンエネルギー、イオンビーム電流又はイオンビーム電流密度、及びイオン角度分布（ＩＡＤ）などのイオンビームの特性又はパラメータを意味する。本明細書で使用する「イオン角度分布」という用語は、基板に垂直のような基準方向に対するイオンビーム内のイオンの平均入射角度、並びに平均角度を中心とする入射角の幅又は範囲（この範囲は略して「イオン角拡散」という）を意味する。様々な実施形態では、イオンビームプロファイルは、抽出電圧、プラズマチャンバ１０４内のガス圧力、及びプラズマチャンバ１０４に供給されるＲＦ電力などの制御設定、並びに以下で論じる他の設定を調整することによって調整される。イオンビームプロファイルは、図示のカーテシアン座標系のＺ軸に平行な方向に沿った抽出プレート１１４と基板ホルダ１２０の間隔（この間隔はここでは「Ｚギャップ」という）を調整することによって調整することもできる。
【００２３】
様々な実施形態では、イオンビーム１１８が基板１２２に向けられると、信号１４６が基板１２２上に形成された積層の一つ又は複数の層から発生され得る。図２Ａは積層２００として示す例示的なＭＲＡＭ積層の側面図を示し、この積層は処理装置１００によりエッチングされ、以下で詳細に論じるように、エッチング中に多数の異なる元素に固有の信号を放出し得る。図１Ａに更に示すように、モニタリング装置１４４が処理装置１００内に設けられ、信号１４６を検出することができる。信号１４６はイオンビーム１１８によりエッチングされている一つ又は複数の層（図１Ａには示されていない）に関するリアルタイム情報を提供する。例えばモニタリング装置がＯＥＳ装置である実施形態では、信号１４６は基板１２２からスパッタエッチングされた少なくとも一つの元素から放出されるその元素に固有の発光スペクトルを表し得る。周知のように、ＯＥＳ装置は一つの元素又は複数の異なる元素からの発光スペクトルを同時に収集することができ、その発光スペクトルはエッチング中の一つの層の一つ又は複数の元素を示し、よってその層を特定することができる。イオンビームが第１の層の底面までエッチングすると、第１の層の第１の元素からの種が気相内にスパッタエッチングされなくなるので、この第１の元素からのＯＥＳ信号の強度が減少又は減衰する。同時に、イオンビーム１１８は第１の層の下に最初に配置された第２の層の第２の元素をエッチングし始めるので、この第２の元素からのＯＥＳ信号の強度が増大する。
【００２４】
第１のエッチングが完了し、第２のエッチングが開始するとき、第１の層のスパッタエッチング特性及び第２の層のスパッタエッチング特性に応じてイオンビーム１１８のイオンビームプロファイルを変更するのが有用である。従って、第２の層からの元素に固有のＯＥＳ信号の増大又は第１の層からの元素に固有のＯＥＳ信号の減少、又はその両方の組み合わせを用いて、イオンビーム１１８のイオンビームプロファイルを基板のエッチング中に動的に調整すべき瞬時又は間隔を特定することができる。イオンビーム１１８のイオンビームプロファイルの調整は、多数の異なる層を備える積層がエッチングされる場合には多数回実行することができる。
【００２５】
様々な実施形態では、処理装置１００はイオンビーム１１８のイオンビームプロファイルを測定するメトロロジー（図示せず）を含み得る。例えば、メトロロジーはイオンビームＩＡＤ並びにイオンビームのエネルギー及び電流を測定する既知の電流プローブ及びエネルギープローブを含み得る。このメトロロジーは帰還ループ内で場合によっては制御システムとともに利用して、所定の層のエッチングに使用すべき目標イオンビームプロファイルがメトロロジーにより計測されて達成されるまで制御設定の調整が実行されるようにすることができる。
【００２６】
図２Ａに戻り説明すると、積層２００は基板基部２２４上に形成された多数の層からなる。一例では、基板基部２２４はシリコン、層２２２は酸化シリコン、層２２０はＴａ、層２１８はＲｕ、層２１６はＴａ、層２１４はＰｔＭｎ、層２１２はＣｏＦｅ合金、層２１０はＲｕ、層２０８はＣｏＦｅＢ合金、層２０６はＭｇＯ、層２０４はＣｏＦｅＢ合金、及び層２０２はＴａである。一つの特定の事例では、層２０２は５０ｎｍの厚さ、層２１８は５０ｎｍの厚さ、及び層２１４は２０ｎｍの厚さを有する。積層２００の他の層は１ｎｍ〜２ｎｍの範囲内の厚さを有する。しかしながら、実施形態はこれに関連して限定されない。積層２００の大多数の層は上述したように反応性イオンエッチングによってエッチングされ難く、物理スパッタリングによってより効率的にエッチングされ得る。しかしながら、エッチング特性は異なる層の間で変化し得るため、積層２００をスパッタエッチングしてＭＲＡＭデバイス構造を形成するとき、異なる層のスパッタエッチングが異なる層に合わせて調整されるイオンビーム１１８の入射角、イオン角拡散、又はイオンエネルギーのうちの少なくとも一つを調整するのが有益である。更に、前の層よりエッチングし難い新しい層が検出されたとき、エッチング種の組成を調整すること、例えばＡｒプラズマにＸｅを添加することも有益である。
【００２７】
図２Ｂは、ＭＲＡＭ特徴部２３０を形成するためにイオンビーム２３２により部分的にエッチングされた積層２００の一つの事例を示す。ＭＲＡＭ特徴部２３０を規定するスパッタエッチングは基板２４０のいくつかの部分を覆う複数のマスク特徴部を含むマスクを形成することによって実行される。マスク特徴部２３４で覆われていない基板２４０の部分はイオンビーム２３２によりエッチングされる。特に、マスク特徴部２３４もイオンビーム２３２により物理的にエッチングされ得るが、マスク特徴部２３４は積層２００を十分な深さにエッチングして所望のデバイス構造を形成することができるように十分な厚さに形成することができる。図２Ｂの事例では、積層２００は概略的に示され、図２Ａについて述べたすべての層を含んでいない。エッチングが進むにつれて、信号２３６が発生され、この信号はモニタリング装置１４４で検出されるＯＥＳ信号とし得る。このＯＥＳ信号は、図３Ａに示すように、積層２００の異なる層がエッチングされるにつれて変化する。とくに、図３Ａは、時間の関数として測定される積層２００の種々の元素に固有の多数の異なる発光スペクトルを含むＯＥＳスペクトルの信号強度を示すグラフである。図３Ａのグラフの縦座標は発光スペクトルの強度であり、横座標はエッチングされた材料の深さを表し、積層２００の外表面は左側である。図３Ａの例において、ＯＥＳスペクトルは層２０２で表されるタンタル層のエッチング後に収集される。時間が進むにつれて、積層２００のエッチングは、異なる層がエッチングされるときに発光スペクトルに変化を生じさせる。例えば、ＭｇＯ信号２５０は層２０６を表す顕著な狭ピークを示し、この層は１ｎｍ−２ｎｍの厚さを有し得る。Ｒｕ信号２５２は層２１０に固有の小さいピークを示し、この層は一例では１ｎｍの厚さを有し得る。このＲｕ信号は層２１８の大きく広いピークも示す。更に、図３は層２１４のＰｔＭｎ材料のプラチナを表すＰｔ信号２５８、層２１６からのＴａ信号２５６、並びに、層２１２、層２０８及び層２０４内の鉄を表すＦｅ信号２６０を示している。最後に、シリコン信号２５４は層２２２及び基板２２４内のシリコンを表している。
【００２８】
図３Ａで示されるように、積層２００内の異なる元素に固有の発光スペクトルの強度は時間又は深さとともに大きく変化し、一つの層のエッチングが終了し次の層のエッチングが開始する時を決定することができる。様々な実施形態では、イオンビーム２３２によるエッチング中にプロセスチャンバから受信される発光スペクトルをモニタリング装置１４４及び制御システム１５０を含む帰還システムの一部分として監視することができる。例えば、新しい層を表す元素からの発光が閾値を超えることが検出されるとき、モニタリング装置１４４は信号２３８を出力し、この信号は制御システム１５０により受信され、イオンビーム２３２を発生するプロセスシステムの制御設定の調整をトリガする。図面を参照して後に詳述するように、いくつかの実施形態では、この制御設定の調整は、イオンビーム２３２のイオンエネルギー、イオン電流密度、平均角度、又は角拡散のうちの少なくとも一つを変化させることができる。積層２００のエッチング中に、制御設定の調整は複数の機会、例えば新しい層に固有の元素からの発光がモニタリング装置１４４により検出される時に行われる。他の例では、制御設定の調整は、新しい層が検出される時に行う必要はない。例えば、積層２００内の上層のスパッタエッチング特性がこの上層に隣接する下層のスパッタエッチング特性と同等である場合には、イオンビーム２３２のイオンビームプロファイルをその上層と下層の両層のエッチングに維持することができる。
【００２９】
しかしながら、第１の層のエッチング中に、第１の層の元素と異なるエッチング特性を有する新しい元素が第２の層から検出される時には、新しい元素をより良好にエッチングするようにイオンビームプロファイルを調整するために制御設定を調整することができる。
【００３０】
図３Ｂは種々の材料に対するスパッタ速度を入射角の関数として示し、スパッタ収率は積層に使用される種々の層に対して大きく変化し得ることを示している。スパッタ速度は、１．５ｋＶの電圧で抽出された１×１０１７のドーズ量のＡｒイオンを所定の材料からなる層に照射した後のエッチングされた厚さ（厚さ減少）として明確に示されている。イオン入射角は所定の層の平面に垂直の０度から８５度まで変化される。従って、図２Ｂに示すような積層のエッチングの状況では、６０度のイオン入射角はエッチングされる構造の最上面２３５に垂直の方向（Ｚ軸方向）に対して６０度の角度をなすイオン入射角を表すが、６０度の同じイオン入射角は同じ構造の垂直側壁２３７に垂直の方向（Ｙ軸方向）に対しては３０度の入射角を成す。特に図３Ｂは、５つの異なる材料に関する０度、１５度、３０度、４５度、６０度、７０度、８０度及び８５度におけるスパッタ速度データを示す。１５度のイオン入射角に対するデータ群２６２で示されるように、各データ群内にはエッチ速度データが左から右へＷ，Ｒｕ，ＭｇＯ，ＴｉＮ及びＴａの順に一組のヒストグラムとして示されている。従って、バー２６４はＷ、バー２６６はＲｕ、バー２６８はＭｇＯ、バー２７０はＴｉＮ及びバー２７２はＴａである。スパッタエッチ挙動の差を強調するために、ＭｇＯのスパッタエッチ速度は４５度以下のイオン入射角に対して極めて低く、７０度のイオン入射角でピークに達することに注意すべきである。対照的に、Ｒｕのスパッタエッチングは１５度から８０度のイオン入射角の範囲に亘って比較的高く比較一定であり、６０度でピークに達する。更に、ＴｉＮのスパッタエッチ速度は６０度のイオン入射角以下では比較的低いままで、８０度のイオン入射角でピークになる。このデータを用いて、ルテニウムを含む第１の層は３０度のイオン入射角を発生する制御設定の下でエッチングすることができる。ＭｇＯからなる次の層がエッチングされるとき、制御設定はＭｇＯ層をより効率的にエッチングするために６０度のイオン入射角を発生するように調整することができる。
【００３１】
他の実施形態では、イオンエネルギー、ビーム電流並びにイオン種を異なる層のスパッタエッチ挙動の差を考慮するよう調整することができる。異なる層のスパッタエッチ挙動の差を考慮するように制御設定を調整するのに加えて、制御設定は異なる材料の堆積速度の差を考慮するように調整することもできる。
【００３２】
図４Ａは、積層の２つの異なる層のエッチングに適用し得る２つの異なるイオン角度分布の一例を示す。このイオン角度分布は、図４Ｂに示す基板のＸ−Ｙ平面に垂直な方向４１５に対して規定されるイオン入射角（θ）の関数としての相対イオン密度として示されている。ＩＡＤ４０２は比較的大きな角拡散及び低い平均角度を有するが、ＩＡＤ４０４は比較的狭い角拡散及び大きな平均角度を有する。
【００３３】
図４Ｂも参照すると、イオンビーム４１４を基板４００に照射してエッチングされた構造４１０を生成する一例が示されている。エッチングされた構造４１０はエッチングの完了時にＭＲＡＭセルを構成する。エッチングされた構造４１０はマスク特徴部２３４のような少なくとも一つのマスク特徴部で部分的にマスクされた積層４１２をエッチングすることによって生成することができる。一例では、エッチングされた構造４１０のエッチングをエッチング中の層のスパッタエッチング特性に従って調整するために、イオンビーム４１４のイオンビームプロファイルを積層４１２のエッチング中に、少なくとも一つの機会に、動的に調整することができる。例えば、制御設定は、２０度の平均角度でエッチングするのに適した元素を有する層４２２をエッチングするために、ＩＡＤ４０２のイオンビーム４１４を発生するように第１セットの制御設定にセットすることができる。その後、層４２２のエッチングが完了に近づいたとき又は層４２４のエッチングが開始したとき、層４２４内の元素からのＯＥＳ信号の増加又は層４２２内の材料（元素）からのＯＥＳ信号の減少を検出することができる。図面で後に詳述されるように、層２４２内の材料（元素）の性質に基づいて、制御設定はＩＡＤ４０４のイオンビーム４１４の発生をもたらす第２セットの制御設定に調整するという決定が行われる。ＩＡＤ４０４を用いる層４２４のエッチングは次の層が検出されるまで進められ、その時次の層内の性質に応じて制御設定の更なる調整が行われるかもしれず、また行われないかもしれない。これは、例えばＩＡＤ４０２の発生又は異なるＡＩＤの発生を生じ得る。
【００３４】
積層の異なる層の間におけるＩＡＤの調整に加えて、様々な実施形態では、イオンビームプロファイルの他の成分を調整することができる。ある場合には、後に詳述するように、イオンビーム４１４のようなイオンビームのイオンエネルギーをエッチング中の層に応じて調整することができる。この調整は、例えばイオンエネルギーを直接決定し得る抽出電圧を調整することによって達成し得る。例えば、プラズマチャンバ内のプラズマ電位はプラズマチャンバの電位より数ボルトから数十ボルト高くし得る。従って、１０００Ｖの抽出電圧がプラズマチャンバと基板ホルダの間に印加されるとき、プラズマから射出する一価の正イオンは基板へ例えば１０２０Ｖで加速され得る。イオンビーム４１４のイオンエネルギーの調整は、異なるエッチング性を有する連続する層をエッチングするときに有用であり得る。例えば、エッチングし難い金属層はエッチングし易い金属層に比較して高いイオンエネルギー及び大きな平均入射角を有するイオンビームを使用することができる。
【００３５】
他の実施形態では、イオンビームのビーム電流を連続する層のエッチングの間で調整することができる。いくつかの実施形態では、所定のパルス周期内に「オン」及び「オフ」部分を有するパルスイオンビームとしてイオンビームを供給することによってビーム電流を調整することができる。このパルスイオンビームは、抽出電圧をオン状態とオフ状態の間でパルス状に変化させることによって、又はプラズマチャンバ内のプラズマをオン状態とオフ状態の間でパルス状に変化させることによって達成し得る。このようなパルスイオンビームのイオンビームデューティサイクル、即ちオン及びオフ状態の全持続時間に対するオン状態の持続時間の比（ＤＯＮ／(ＤＯＮ＋ＤＯＦＦ)）、を変化させることによって、時間とともに供給される平均ビーム電流を調整することができる。これによりエッチングすべき所定の層に対してエッチング速度を必要に応じ減少又は増加させることができる。いくつかの実施形態では、デューティサイクルはパルス周期の周波数を一定に維持したままパルス周期内のオン部分の持続時間を変化させることによって変化させることができるが、他の実施形態では、デューティサイクルはオン部分の持続時間を一定に維持したままパルス周期の周波数（持続時間）を変化させることによって変化させることができる。実施形態はこれに関連して限定されない。
【００３６】
所定の層のエッチング特性に対するエッチングの調整のためにイオンビームプロファイルをいつ調整すべきかを正確に決定するために、いくつかの実施形態では、複数のモニタリング装置、例えば２つ、３つ、４つ又はそれより多数のモニタリング装置を用いて基板からエッチングされる種をモニタすることができる。エッチングされる所定の層の層厚は基板の全域に亘って完全に均一であり得ないため、及び基板の全域におけるイオンビーム電流密度は例えばＹ軸に平行な方向に沿って変化し得るため、所定の層のエッチングは基板内の異なる点の間で変化し得る。これは基板の一つの領域では積層の第１の層の完全な除去をもたらすが、基板の別の部分では第１の層の一部分が残存する結果をもたらし得る。図１Ｂに戻り説明すると、３つのモニタリング装置を使用する例が示され、Ｙ軸に平行に１列に配列されたモニタリング装置１４４として示されている。このようにすると、種からのＯＥＳ信号を例えば基板に隣接する異なる位置から検出しモニタすることができる。これらの異なる位置は基板１２２の異なる部分、例えば中心領域Ｃ、中間領域Ｉ及び外部領域Ｏ、からスパッタされた種からの発光を提供し得る。所定の層のエッチングがＹ軸に平行な方向に沿って不均等に進む場合には、中心領域Ｃに隣接するモニタリング装置１４４により検出されるＯＥＳ信号は外部領域０に隣接するモニタリング装置１４４により検出されるＯＥＳ信号と相違し得る。一例では、制御システム１５０は３つの全モニタリング装置からのＯＥＳ信号を受信し、所定の層のエッチングが完了と見なされる時について、従って所定のセットの制御設定を３つのＯＥＳ信号の平均に基づいて変化させるべき時について決定を行うことができる。別の例では、不均一の検出に応答して、制御システムはよりよいエッチングの均一性を可能にするために走査速度、パルスプラズマのデューティサイクル、又は基板回転スキームを調整することができる。
【００３７】
特定の実施形態では、積層内の層のエッチング中に、デューティサイクルを抽出プレートに対する基板の走査時に基板の位置の関数として調整することができる。例えば、積層内の層のエッチングは、図１Ｂにつき上述したように所定の方向に対して直角の方向に延在する抽出プレートの細長い開口の下部で基板を所定の方向に走査することによって達成することができる。所定の時間に、中心から縁までの層の厚さ又はエッチング速度の不均一が所定の方向に沿って基板上の位置の関数として検出される場合、この不均一は基板が所定の方向に沿って走査されるにつれてデューティサイクルを変化させることにより実行ビーム電流を調整することによって補償することができる。
【００３８】
一実施形態では、この中心−縁間の不均一は、基板に対して異なる位置、例えば図１Ｂに示すようにＹ軸に平行な第１の方向に沿って異なる位置に配置された複数のＯＥＳ検出器を含むアレイによって検出することができる。異なるＯＥＳ信号を例えば異なるＯＥＳ検出器により同時に検出することができ、これらの信号は任意の所定の瞬時に基板の異なる部分からスパッタされた材料の組成を示し得る。一つのシナリオでは、基板に対して異なる位置に配置された異なるＯＥＳ検出器でＯＥＳ信号を検出することによって、所定の層のエッチングの完了を示す信号強度の減少が異なるＯＥＳ検出器において異なる時間に検出され得る。例えば、Ｒｕ層に対する信号強度の減少はウェハの外側部分に隣接してスパッタされた出力からの発光をインタセプトするように配置されたＯＥＳ検出器で最初に検出され得る。この場合には、Ｒｕ層のエッチング速度をウェハの外側部分に沿って減少させるために、ウェハの縁部が開口の下部に走査されるときにパルスプラズマのデューティサイクルを選択的に減少させることができる。代わりに、ウェハの内側部分が開口の下部に走査されるときにパルスプラズマのデューティサイクルを選択的に増加させてＲｕ層のエッチング速度を外側部分よりも増加させることができる。
【００３９】
更に、他の実施形態では、異なるＯＥＳ検出器から受信される異なるＯＥＳ信号に応答して他の調整を行うことができる。例えば、第１のＯＥＳ信号は第１の方向（基板の走査方向とし得る）に沿って第１の位置に配置された第１のＯＥＳ検出器から所定の時間に受信される。第２のＯＥＳ信号は第１の方向に沿って第２の位置に配置された第２のＯＥＳ検出器から同じ時間に受信され、第２のＯＥＳ信号と第１のＯＥＳ信号は異なり得る。ＯＥＳ信号のこの差は、例えばエッチングが異なる層において異なる位置で行われていること、又はエッチングが所定の層の第１の位置で完了間近であるが第２の位置では完了間近でないことを示し得る。従って、パルスイオンビームのデューティサイクルの上述の調整は、基板が第１の位置と第２の位置との間で走査される際に実行することができる。しかしながら、第１の位置から第２の位置への基板の走査中に層内のエッチング速度を減少（又は増加）するように、他の制御設定を動的に調整することができ、例えばプラズマ電力又はウェハの走査速度を調整することができる。
【００４０】
様々な実施形態では、積層をエッチングするために使用するイオンビームのイオンビームプロファイルの動的制御は制御システム１５０内に存在し得るソフトウェア、ハードウェア、又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって少なくとも部分的に自動化することができる。開示の動的イオンビームエッチングの新規な態様を実行する例示的な方法を代表する一組のフローチャートが本明細書に含まれている。説明を簡単にするために、例えばフローチャート又は流れ図の形で本明細書に示す一以上の方法は一連のアクトとして示され記述されるが、本方法はアクトの順序により限定されず、いくつかのアクトは本明細書に示され記述される順序と異なる順序で及び／又は他のアクトと同時に生起してもよいことを理解し認識されたい。更に、方法に示されるすべてのアクトが新規の実装のために必要とされるわけではない
【００４１】
図５は動的イオンビームエッチングを実施する例示的な第１のプロセスフロー５００を示す。このプロセスフロー及び図に示された他のフローは上述した処理装置１００のような処理装置に実装することができる。ブロック５０２において、第１のイオンビームが処理装置の第１セットの制御設定を用いて抽出プレートを通して基板に向けられる。例えば、第１の制御設定は基板上に形成された積層の第１の層を生成する第１の元素をエッチングするのに適した第１のイオン角度分布及びイオンエネルギーを有するイオンビームを発生するように構成することができる。
【００４２】
ブロック５０４において、積層から第１のイオンビームによりスパッタされた種から放出されるＯＥＳ信号のような信号が積層からモニタされる。特定の実施形態では、この信号はある波長の範囲に亘って放射強度を有し、この範囲内において異なる元素の発光に固有の異なる波長範囲がモニタされ得る。したがって、この信号は少なくとも一つの波長範囲に亘って検出された発光の強度を構成し得る。
【００４３】
ブロック５０６において、基板から、例えば積層から、第１の材料から第２の材料への材料の変化を示す信号が検出される。基板からのこの信号は、基板からエッチングされる第１の種の輝線の強度の減少に相当し得る。第１の種の輝線はエッチングされている第１の層内の元素に固有の第１の波長範囲で発生し得る。この輝線強度が減少するとき、これはエッチングされている材料の変化が生じるとみなされ、異なる元素を有する新しい（第２の）層がエッチングされることを示す。あるいは、基板からの信号はエッチングされる第２の層内の元素に固有の第２の波長の輝線の強度の増大を示し、第２の層がエッチングされていることを示すとみなせる。更に、基板からの信号は第１の反射率を有する第１の層のエッチングが終了するときに発生し得る基板の表面の反射率の変化とすることができる。
【００４４】
ブロック５０８において、処理装置の制御設定は第１セットの制御設定と異なる第２セットの制御設定に調整される。第２セットの制御設定はエッチングされる第２の材料に基づいている。例えば、第２セットの制御設定は第１の層のエッチング用に調整されたイオンビームプロファイルと相違し得る第２の材料のエッチング用に調整されたイオンビームプロファイルを発生するために使用し得る。いくつかの実施形態では、第２セットの制御設定は第２の層内の元素と関連する、又は第２の層内の元素を含有する物質、例えば合金又は化合物、と関連する一組の制御設定を指定するレシピを受信することによって自動的に発生させることができる。
【００４５】
ブロック５１０において、第２のイオンビームが第２セット  の制御設定を用いて抽出プレートを通して積層に向けられる。第２のイオンビームは第１のイオンビームと同じイオン種を含み得るが、そのエネルギー及びイオン角度分布が第１のイオンビームのそれと異なり得るので第２のイオンビームと称する。
【００４６】
様々な実施形態では、ブロック５０４と５１０との間に概して示されるプロセスフローは積層の追加の層を連続的にエッチングするために繰り返される。従って、積層の第２の層がエッチングされるとき、第２の層のエッチングが完了し、第３の材料を含有する第３の層のエッチングが開始する時を決定するために信号をモニタすることができる。第３の材料の元素に基づいて、制御設定は、第３の層内の第３の元素をエッチングするように調整されたイオンビームプロファイルを有する第３のイオンビームを発生するように設定された第３セットの制御設定に調整することができる。
【００４７】
図６は、動的イオンビームエッチングを実施する例示的な第２のプロセスフロー６００を示す。ブロック６０２において、初期イオンエネルギー、初期イオン入射角、初期イオン電流（Ｅ０，θ０，Ｉ０）を含む初期イオンビームプロファイルが受信される。最終イオンエネルギー、最終イオン入射角、最終イオン電流（Ｅｆ，θｆ，Ｉｆ）を含む最終イオンビームプロファイルが受信される。更に、初期基板方位角（γ０)、基板回転インクリメント（γ）、及び基板温度（Ｔ）が受信される。初期イオンビームプロファイルの受信に応答して、予備イオンビームを初期セットの制御設定を用いて発生させることができる。いくつかの変形例では、予備イオンビームを測定するためにメトロロジーを実行することができる。
【００４８】
ブロック６０４において、Ｅ０，θ０，Ｉ０を含む初期イオンビームプロファイルが得られるまで初期セットの制御設定が調整される。調整される初期制御設定は処理装置のプラズマチャンバ電圧と基板電圧の差（Ｖｃ−Ｖｓ）により決まる抽出電圧を含み得る。調整される他の初期制御設定は、処理装置のプラズマチャンバに供給されるＲＦ電力、Ｚギャップ、プラズマチャンバ内のガス圧力、イオンビームのデューティサイクル、並びに基板ホルダの走査速度を含み得る。初期イオンビームプロファイルの達成の決定は、プロセスチャンバ内に位置する装置によって実行されるその場メトロロジーから受信される予備イオンビームの測定に基づいて行うことができる。調整された制御設定は基板のエッチングに適用すべき第１セットの制御設定に相当する。
【００４９】
ブロック６０６において、上述した制御設定に加えて基板温度及び初期基板方位角γ０を含み得る第１セットの制御設定を用いてイオンビームが抽出プレートを通して基板に向けられる。ブロック６０８において、「アップ走査」が実行され、基板は抽出プレートに対して第１の方向に走査される。ブロック６１０において、基板は回転インクリメントγだけ回転され、ブロック６１２において基板は第１の方向と反対の第２の方向にダウン走査される。ブロック６１４において、基板は再び回転角度インクリメントγ０だけ回転される。
【００５０】
ブロック６１６において、処理終点が検出されたかどうかの決定が行われる。処理終点は積層の一つ又は複数の層のエッチングが完了した場合とみなすことができる。処理が完了でない場合、例えば新しい層がエッチングされていることを示すＯＥＳ信号がない場合には、プロセスはブロック６０８に戻る。信号がある場合には、プロセスは決定ブロック６１８に移動する。
【００５１】
決定ブロック６１８において、最終エッチング処理の終点が検出されたかどうかの決定が行われる。例えば、最終エッチング処理の終点は積層のエッチングが完了した場合とすることができる。これは、一実施形態ではシリコンのような基板の元素からのＯＥＳ信号が増加するときに決定される。そうであれば、プロセスはブロック６２０で終了する。そうでなければ、フローはブロック６２２に進む。
【００５２】
ブロック６２２において、プロセス装置の制御設定は、検出された新しい層に従って前セットの制御設定（上述した第１セットの制御設定であり得る）から調整される。例えば、制御設定はＯＥＳ装置により検出された一つ又は複数の元素の信号の増加に基づいて調整することができ、この信号の増加は新しい層のエッチングの開始を示すものとみなせる。この制御設定は現セットの制御設定に調整され、抽出電圧（Ｖｃ−Ｖｓ）、ＲＦ電力、Ｚギャップ、プラズマチャンバガス圧力、パルスイオンビームのデューティサイクル、又は基板ホルダの走査速度の何れかかの調整を含む。いくつかの実施形態では、ブロック６２２で設定される現セットの制御設定は、エッチングすべき一つ又は複数の新しい層と関連する一組の制御設定を指定するレシピを受信することによって自動的に発生される。
【００５３】
ブロック６２４において、イオンビームは現セットの制御設定を用いて抽出プレートを通して基板に向けられる。
【００５４】
様々な実施形態では、処理装置の制御設定をエッチングすべき層に従ってどのように調整するかの決定は種々の方法で実行することができる。図７は、動的イオンビームエネルギーを実施する例示的な第３のプロセスフロー７００を示す。特に、図７は制御設定をエッチングすべき層に従って調整する一実施形態を提供する。図７は上述したプロセスフロー６００内に実装することができる。例えば、プロセスフロー７００は決定ブロック６１８とブロック６０８との間に実装することができる。ブロック７０２において、エッチングすべき新しい層が検出される。この新しい層は上述したように、例えばＯＥＳによって検出することができる。フローはその後ブロック６２２に進み、ここで制御設定が上で詳述したように新しい層に従って現セットの制御設定に調整される。いくつかの実施形態では、ブロック６２２で設定される現セットの制御設定はエッチングすべき新しい層内の一つ又は複数の元素と関連する一組の制御設定を指定するレシピを読み出すことによって自動的に発生させることができる。これにより、新しい層をエッチングするための目標イオンビームプロファイルを近似するために、以前の測定又は計算に基づいた新しい層をエッチングするためのレシピを確定することができる。
【００５５】
次に、現セットの制御設定への制御設定の調整後に、調整されたイオンビームに新しい層のエッチングのための目標イオンビームプロファイルを実際に持たせるために、これらの制御設定を新しい層のエッチング前に反復して調整することができる。そのイオンビームプロファイルを評価するために、現セットの制御設定への制御設定の調整後に発生されるイオンビームのメトロロジーを実行することができる。ブロック７０４において、イオンエネルギー、イオン平均角又はイオンビーム電流の少なくとも一つを含む現在セットの制御設定を用いて生成されたイオンビームのイオンビームプロファイルを測定するメトロロジーの結果が受信される。
【００５６】
決定ブロック７０６において、現セットの制御設定を用いて生成されたイオンビームのイオンビームプロファイルが目標イオンビームプロファイルに一致するかどうかについて決定が行われる。イエスであれば、フローはブロック６２４に移動し、ここでイオンビームは現セットの制御設定を用いて基板に向けられる。ノーであれば、フローはブロック７０８に進む。
【００５７】
ブロック７０８において、制御設定は前セットの制御設定から新（現)セットの制御設定に調整される。この制御設定の調整は、ブロック７０４における測定されたイオンビームプロファイルと目標イオンビームプロファイルとの差に基づいて行われる。制御設定をイオンビームプロファイルの成分に良く一致するように調整するためのプロセスフローは図８及び図１０−１１に例示されている。その後、更なるメトロロジーを現セットの制御設定を用いて生成されたイオンビームに実行してもよい。
【００５８】
いくつかの実施形態では、エッチングされる積層の層順序は先見的に知ることができる。そのような場合には、各レシピがエッチングすべき所定の層に対して使用すべき一組の制御設定を指定する複数の異なるレシピをエッチング中に検索可能し、所定の層を示す信号が上述したように検出されるとき所定のレシピがトリガされるようにし得る。他の実施形態では、積層の層順序を処理装置は先見的に知り得ない。しかしながら、この後者の場合にも、所定の層をエッチングするために使用する所定のセットの制御設定を指定するレシピを一定の間プリストアし、このレシピを所定の層の検出時にロードすることができる。いずれの場合にも、複数の層を含む積層のエッチング中における第１の層のエッチングから次の層のエッチングのための制御設定の調整は第１の層をエッチングするためのレシピと次の層をエッチングするためのレシピとの差に依存し得る。ある場合には、新しい層の検出時に複数の制御設定が変化され、他の場合には、単一の制御設定が変化され、さらに他の場合には、どの制御設定も変化されない。
【００５９】
更に、エッチングすべき積層内の層の正確な順序が先験的に分かっていてもいなくても、連続する層のエッチング間の制御設定の調整は段階的に進めることができる。したがって、新しい層を表す信号が検出されたとき、第１の制御設定を最初に第２の層内の第２の材料と関連する所定のセットの制御設定に調整することができる。所定のセットの制御設定は、第２の材料をスパッタエッチングするように調整された、イオンエネルギー、イオン入射角、イオン角拡散などのパラメータを含む目標イオンビームプロファイルを有するイオンビームを発生するように設計することができる。所定のセットの制御設定を用いて抽出プレートを通して向けられたイオンビームの少なくとも一つのパラメータを測定するメトロロジーを実行した後に、測定されたイオンビームプロファイルが目標イオンビームプロファイルに一致しないと決定されることがある。したがって、所定のセットの制御設定は目標イオンビームプロファイルにより密接に近似するイオンビームを発生するように調整されるべきであると決定されることがある。それゆえ、次の処理は所定のセットの制御設定を他のセットの制御設定に調整し、他のセットの制御設定の下で生成された新しいイオンビームプロファイルを測定し、目標イオンビームプロファイルと一致するまでこのシーケンスが反復される。したがって、第２の層をエッチングするために使用される「第２」セットの制御設定はもとの第１セットの制御設定からの複数の制御設定の調整の結果を表し得る。
【００６０】
いくつかの実施形態では、第２の層のエッチングに適したイオンビームを発生するためにこのような制御設定の反復調整が実行された後に、第２セットの制御設定は第２の層及び第２の層と同じ組成を有する任意の他の層をエッチングするためのデフォルトレシピとして前所定のセットの制御設定に取って代わって格納することができる。更に、他の実施形態では、所定のセットの制御設定により発生されたイオンビームの反復メトロロジーが目標イオンビームプロファイルを再現可能に生じる場合には、第１セットの制御設定の下での第１の層のエッチングと第２セットの制御設定の下での第２の層のエッチングとの間の切り替え時に前もって実行されるメトロロジー処理を低減もしくは除去することができる。したがって、同じＳＲＡＭ積層を有するウェハのバッチをエッチングする処理においては、制御設定が変更されるとき、第１の層のエッチングと第２の層のエッチングの間でメトロロジーを幾つかの初期ウェハについて実行することができる。これは第２の層をエッチングするように設計された目標イオンビームプロファイルを常に発生する安定な第２セットの制御設定をもたらすことができる。したがって、第２の層が検出されるとき、第１セットの制御設定と第２セットの制御設定を自動的に切り換えることによって、メトロロジー処理を実行することなく後続のウェハをエッチングすることができる。
【００６１】
図８は動的イオンビームエッチングを実施する例示的な第４のプロセスフロー８００を示す。ブロック８０２において、イオンビームによる積層のエッチングが第１セットの制御設定を用いて実行される。決定ブロック８０４において、新しい層が検出されない場合には、フローはブロック８０２に戻り、エッチングは第１セットの制御設定を用いて続行される。新しい層が例えばＯＥＳによって検出される場合には、フローはブロック８０６に進む。
【００６２】
ブロック８０６において、新しい層は第１セットの制御設定と同じイオンエネルギーでエッチングすべきかどうかについて決定が行われる。そうであれば、フローは決定ブロック８０８に進む。決定ブロック８０８において、新しい層は同じ平均角度でエッチングすべきかどうかについて決定が行われる。そうであれば、フローはブロック８０２に戻り、（新しい層の）エッチングは第１セットの制御設定を用いて進む。そうでなければ、フローはブロック８１０に進み、ＲＦ電力が処理装置に調整される。周知のように、抽出プレートに隣接するプラズマチャンバのＲＦ電力を調整すると、抽出プレートの開口に形成されるメニスカスの形状が変化し、よってプラズマから射出し基板に向かうイオンの平均角度を変更することができる。
【００６３】
ブロック８０６において、新しい層をエッチングするためにイオンエネルギーを変更すべきである場合には、フローは決定ブロック８１２に進む。決定ブロック８１２において、新しい層は第１セットの制御設定を用いて生成される平均角度と同じ平均角度を有するイオンビームでエッチングすべきであるかどうかについて決定が行われる。そうであれば、フローはブロック８１４に進む。ブロック８１４において、処理装置の抽出電圧（Ｖｃ−Ｖｓ）が最初にイオンビームのイオンエネルギーを変更するために変更される。次に、ＲＦ電力がイオンビーム内のイオンの平均角度を調整するために初期調整される。
【００６４】
決定ブロック８１２において、同じ平均角度を使用すべきである場合には、ブロック８１６に進む。ブロック８１６において、処理装置の抽出電圧が最初に変更される。次に、この平均角度を新しいイオンビームに維持するためにＺギャップが調整され、処理装置のプラズマチャンバに供給されるＲＦ電力が調整される。この組み合わせの調整は、一旦抽出電圧がイオンエネルギーの必要な変化を発生させるために変更されると、開口から抽出されるイオンビームの形状が変化され、平均角度の変化を生じるために必要とされ得る。この結果を補償するために、Ｚギャップとともにプラズマ電力も変更させて抽出電圧の変化により誘起される平均角度の変化を相殺することができる。
【００６５】
図９Ａ〜９Ｃはプロセスフローを実施する一つのシナリオの図的表現を提供し、このシナリオではイオン入射角が積層の異なる層を考慮して動的に調整される。特に、積層９１０を有する基板９００内にパターン化された特徴部をエッチングする一連のエッチング処理が示されている。イオンが積層９１０の露出部分をエッチングするために基板に向けられるとき、形成すべき構造を規定するために積層９１０の上にマスク特徴部９０２が設けられている。図９Ａにおいて、イオンビーム９１２が基板９００に向けられる。処理装置の制御設定は最上層９０４をエッチングするのに適したイオンエネルギー、平均角度及びイオン電流をイオンビーム９１２に与えるように設定される。イオンビーム９１２を用いるエッチングが進むにつれて、最上層９０４が除去され、中間層９０６を露出する。中間層９０６は、イオンビーム９１２より高いエネルギーのイオンが中間層９０６のエッチングに適しているようなエッチング特性を有する金属からなり得る。中間層９０６の材料をエッチングするレシピをプリストアし、もっと高いイオンエネルギーを使用することを示すことができる。従って、中間層９０６からスパッタされた種が検出されたとき、抽出電圧のような処理装置の制御設定をもっと高いエネルギーイオン、例えば図９Ｂに示すようなイオンビーム９１４を発生するように自動的に調整することができる。この例では、制御設定はイオンエネルギーを増大するが同じ平均角度及び同じビーム電流を発生するように調整することができる。次に、中間層９０６のエッチングが完了するとき、下層９０８の材料をエッチングするレシピを読み出し、もっと高いイオンエネルギーを下層９０８のエッチングに使用すべきことを示すことできる。従って、下層９０８からスパッタされた種が検出されたとき、抽出電圧のような処理装置の制御設定を、更にもっと高いエネルギーイオン、例えば図９Ｃに示すようなイオンビーム９１６を発生するように自動的に調整することができる。この例では、制御設定はイオンエネルギーを増加するが同じ平均角度及び同じビーム電流を発生するように調整することができる。
【００６６】
図１０は動的イオンビームエッチングを実施する例示的な第５のプロセスフロー１０００を示す。プロセスフロー１０００を実施する一つのシナリオの図的表現が図１２Ａ−１２Ｃに示されている。ブロック１００２において、新しい層が積層のエッチング中に検出される。ブロック１００４において、新しい層は現セットの制御設定に使用された平均角度と異なる平均角度でエッチングすべきであると決定される。ブロック１００６において、新しい層は現セットの制御設定に使用されたイオンエネルギーと同じイオンエネルギーでエッチングすべきであると決定される。決定ブロック１００８において、新しい層は現セットの制御設定により発生されたビーム電流と同じビーム電流でエッチングすべきかについて決定が行われる。そうでなければ、フローはブロック１０１０に進む。
【００６７】
ブロック１０１０において、ＲＦ電力が最初に調整される。次に、Ｚギャップが新しい層のエッチングに使用すべき目標イオンビームプロファイルに対応する所望の角拡散を発生するように調整される。イオンビームの角拡散に対する微調整を達成するためにＤＣ及びプラズマチャンバ圧力が調整されてもよい。
【００６８】
検出ブロック１００８において、現セットの制御設定のビーム電流と同じビーム電流を使用すべきであるという決定が行われた場合には、フローは決定ブロック１０１２に進む。決定ブロック１０１２において、新しい層は現セットの制御設定により発生される角拡散と同じ角拡散でエッチングすべきであるかどうかについて決定が行われる。そうであれば、フローはブロック１０１４に進む。
【００６９】
ブロック１０１４において、ガス供給がＺギャップの調整と一緒に調整され得る。代わりに、プラズマチャンバ圧力がＲＦ電力の調整又はＺギャップの調整又はその両方と一緒に調整されてもよい。
【００７０】
決定ブロック１０１２において、新しい層は異なる角拡散でエッチングすべきである場合には、フローはブロック１０１６に進む。ブロック１０１６において、Ｚギャップが変化され或いはハードウェアが変更される。
【００７１】
次に図１２Ａ−１２Ｃにつき説明すると、積層１２３０を有する基板１２００内にパターン化された特徴部をエッチングする一連のエッチング処理が示されている。イオンが積層１２３０の露出部分をエッチングするために基板に向けられるとき、形成すべき構造を規定するために積層１２３０の上にマスク特徴部１２２２が設けられている。図１２Ａにおいて、イオンビーム１２３２が基板１２２０に向けられる。処理装置の制御設定は最上層１２２４をエッチングするのに適したイオンエネルギー、平均角度及びイオン電流をイオンビーム１２３２に与えるように設定される。イオンビーム１２３２を用いるエッチングが進むにつれて、最上層１２２４が除去され、中間層１２２６を露出する。中間層１２２６は、イオンビーム１２３２より高い角度のイオンが中間層１２２６のエッチングに適しているようなエッチング特性を有する金属からなり得る。中間層１２２６の材料をエッチングするレシピをプリストアし、中間層１２２６のエッチングにもっと高い平均角度及び異なるビーム電流を使用すべきことを示すことができる。従って、中間層１２２６からスパッタされた種が検出されたとき、ＲＦ電力のような処理装置の制御設定をもっと高い平均角度を有するイオンビーム、例えば図１２Ｂに示すようなイオンビーム１２３４を発生するように自動的に調整することができる。この例では、制御設定は、ブロック１０１０において、図１２Ｂに示すような同じイオンエネルギー、異なるビーム電流及び異なる平均角度を有するイオンを発生するように調整することができる。次に、中間層１２２６のエッチングが完了するとき、下層１２２８の材料をエッチングするレシピを読み出し、更に高い平均角度を下層１２２８のエッチングに使用すべきことを示すことができる。従って、下層１２２８からスパッタされた種が検出されたとき、ＲＦ電力のような処理装置の制御設定を、更に高い平均角度を有するイオンビーム、例えば図１２Ｃに示すようなイオンビーム１２３６を発生するように自動的に調整することができる。この例では、制御設定はブロック１０１０において、図１２Ｃに示すような同じイオンエネルギー、異なるビーム電流及び更に高い平均角度を有するイオンビームを発生するように調整することができる。
【００７２】
図１１は動的イオンビームエッチングを実施する例示的な第５のプロセスフロー１１００を示す。プロセスフロー１１００を実施する一つのシナリオの図的表現が図１２Ｄ−１２Ｆに示されている。ブロック１１０２において、新しい層が検出される。ブロック１１０４において、新しい層は現セットの制御設定により発生されるイオンビームと異なる平均角度及び異なるイオンエネルギーを有するイオンビームを用いてエッチングすべきであると決定される。
【００７３】
決定ブロック１１０６において、新しい層は現セットの制御設定により発生されたビーム電流と同じビーム電流でエッチングすべきかどうかについて決定が行われる。そうでなければ、フローは１１０８に進み、抽出電圧が調整される。ビーム電流を調整するためにプラズマチャンバへのガス流又はイオンビームデューティサイクル又はその両方が調整される。同じビーム電流を維持すべき場合には、フローは決定ブロック１１１０に進む。
【００７４】
決定ブロック１１１０において、新しい層は現セットの制御設定により発生された角拡散と同じ角拡散でエッチングすべきかどうかについて決定が行われる。そうであれば、フローはブロック１１１２に進む。ブロック１１１２において、処理装置の抽出電圧が最初に調整される。次に平均角度がプラズマチャンバに供給されるＲＦ電力のような適切な制御設定の調整によって調整される。
【００７５】
決定ブロック１１１０において、新しい層をエッチングするイオンビームの角拡散は変化させるべきであると決定された場合には、フローはブロック１１１４に進み、最初に抽出電圧がイオンエネルギーの変更のために調整される。次に、ビーム電流を維持しながらイオンビームの平均角度及び角拡散を調整するためにＺギャップ、ＲＦ電力及びデューティサイクルを調整することができる。
【００７６】
次に図１２Ｄ−１２Ｆにつき説明すると、積層１２５０を有する基板１２４０内にパターン化された特徴部をエッチングする一連のエッチング処理が示されている。イオンが積層１２５０の露出部分をエッチングするために基板に向けられるとき、形成すべき構造を規定するために積層１２５０の上にマスク特徴部１２４２が設けられている。図１２Ｄにおいて、イオンビーム１２５２が基板１２４０に向けられる。処理装置の制御設定は最上層１２４４をエッチングするのに適したイオンエネルギー、平均角度及びイオン電流をイオンビーム１２５２に与えるように設定される。イオンビーム１２５２を用いるエッチングが進むにつれて、最上層１２４４が除去され、中間層１２４６を露出する。中間層１２４６は、イオンビーム１２５２より高いエネルギーを有する高い角度のイオンが中間層１２４６のエッチングに適しているようなエッチング特性を有する金属からなり得る。中間層１２４６の材料をエッチングするレシピをプリストアし、中間層１２４６のエッチングにもっと高い平均角度及び異なるビーム電流を使用すべきことを示すことができる。従って、中間層１２４６からスパッタされた種が検出されたとき、抽出電圧、ＲＦ電力、及びＺギャップなどの処理装置の制御設定が、もっと高い平均角度を有するイオンビーム、例えば図１２Ｅに示すようなイオンビーム１２５４を発生するように自動的に調整され得る。この例では、制御設定が図１２Ｅに示すようなもっと高いイオンエネルギー及びもっと高い平均角度を有するイオンを発生するように調整され得る。次に、中間層１２４６のエッチングが完了するとき、下層１２４８の材料をエッチングするレシピが読み出され、更に高い平均角度を下層１２４８のエッチングに使用すべきことを示すことができる。従って、下層１２４８からスパッタされた種が検出されたとき、抽出電圧及びＲＦ電力のような処理装置の制御設定が、更に高いイオンエネルギー及び更に高い平均角度を有するイオンビーム、例えば図１２Ｆに示すようなイオンビーム１２５６を発生するように自動的に調整され得る。この例では、制御設定は、更に高いイオンエネルギー、更に高い平均角度及び異なる角拡散を有するイオンビームを発生するように調整され得る。
【００７７】
本発明は本明細書に開示した特定の実施形態により制限されない。実際、本明細書に開示した実施形態に加えて、本発明の他の様々な実施形態及び変更例が以上の詳細な説明及び添付図面から当業者に明らかになるであろう。従って、このような他の実施形態及び変更例は本発明の範囲に含まれることが意図されている。更に、本発明は特定の目的に対する特定の環境における特定の実施と関連して記載されているが、当業者は、その有用性がこれに限定されず、本発明は任意の数の目的に対して任意の数の環境において有利に実施できることを認識されよう。従って、後記の特許請求の範囲はここに記載する本発明の範囲の広さ及び精神を考慮して解釈すべきである
【図１Ａ】
2017520909.tif 000003
【図１Ｂ】
2017520909.tif 000004
【図２Ａ−２Ｂ】
2017520909.tif 000005
【図３Ａ】
2017520909.tif 000006
【図３Ｂ】
2017520909.tif 000007
【図４】
2017520909.tif 000008
【図５】
2017520909.tif 000009
【図６】
2017520909.tif 000010
【図７】
2017520909.tif 000011
【図８】
2017520909.tif 000012
【図９Ａ−９Ｃ】
2017520909.tif 000013
【図１０】
2017520909.tif 000014
【図１１】
2017520909.tif 000015
【図１２Ａ−１２Ｃ】
2017520909.tif 000016
【図１２Ｄ−１２Ｆ】
2017520909.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月13日(2017.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
前記基板を第１の方向に沿って走査するように構成された基板ホルダを更に備え、
前記イオンビームはパルスイオンビームより成り、前記モニタリング装置は前記第１の方向に沿って前記基板に対して複数の異なる位置に配置された複数の発光分光分析（ＯＥＳ）検出器を備え、前記第１の信号は前記複数の位置の第１の位置で検出される第１のＯＥＳ信号であり、前記少なくとも一つのコンピュータ可読記憶媒体は、実行時に、前記処理装置に、
前記第１のＯＥＳ信号と異なる、前記複数の位置の第２の位置からの第２のＯＥＳ信号を前記基板から受信させ、
前記第１のＯＥＳ信号及び第２のＯＥＳ信号の受信に応答して前記第１の方向に沿う前記基板の走査中に前記パルスイオンビームのイオンビームデューティサイクルを調整させる、
命令を備える、請求項１２記載の処理装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
処理装置１００は処理装置１００の種々のコンポーネントの動作を制御するために制御システム１５０も含む。制御システム１５０は、処理装置１００のコンポーネント、特にＲＦ発生器１０８、質量流コントローラ（図示せず）、基板ホルダ１２０の移動及び位置、及び抽出電圧システム１３０の動作を命令するハードウェア及びソフトウェアコンポーネントの組み合わせを含み得る。制御システム１５０は、実行時に基板１２２上の積層からエッチングされた材料により発生されるリアルタイム信号並びにイオンビームプロファイル測定からの信号に応答して処理装置のコンポーネントの動作を処理装置１００に動的に調整せしめる命令を備えるコンピュータ可読記憶媒体を含み得る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図２Ｂは、ＭＲＡＭ特徴部２３０を形成するためにイオンビーム２３２により部分的にエッチングされた積層２００の一つの事例を示す。ＭＲＡＭ特徴部２３０を規定するスパッタエッチングは基板２４０のいくつかの部分を覆う複数のマスク特徴部を含むマスクを形成することによって実行される。マスク特徴部２３４で覆われていない基板２４０の部分はイオンビーム２３２によりエッチングされる。特に、マスク特徴部２３４もイオンビーム２３２により物理的にエッチングされ得るが、マスク特徴部２３４は積層２００を十分な深さにエッチングして所望のデバイス構造を形成することができるように十分な厚さに形成することができる。図２Ｂの事例では、積層２００は概略的に示され、図２Ａについて述べたすべての層を含んでいない。エッチングが進むにつれて、信号２３６が発生され、この信号はモニタリング装置１４４で検出されるＯＥＳ信号とし得る。このＯＥＳ信号は、図３Ａに示すように、積層２００の異なる層がエッチングされるにつれて変化する。とくに、図３Ａは、時間の関数として測定される積層２００の種々の元素に固有の多数の異なる発光スペクトルを含むＯＥＳスペクトルの信号強度を示すグラフである。図３Ａのグラフの縦座標は発光スペクトルの強度であり、横座標はエッチングされた材料の深さを表し、積層２００の外表面は左側である。図３Ａの例において、ＯＥＳスペクトルは層２０２で表されるタンタル層のエッチング後に収集される。時間が進むにつれて、積層２００のエッチングは、異なる層がエッチングされるときに発光スペクトルに変化を生じさせる。例えば、ＭｇＯ信号２５０は層２０６を表す顕著な狭ピークを示し、この層は１ｎｍ−２ｎｍの厚さを有し得る。Ｒｕ信号２５２は層２１０に固有の小さいピークを示し、この層は一例では１ｎｍの厚さを有し得る。このＲｕ信号は層２１８の大きく広いピークも示す。更に、図３Ａは層２１４のＰｔＭｎ材料のプラチナを表すＰｔ信号２５８、層２１６からのＴａ信号２５６、並びに、層２１２、層２０８及び層２０４内の鉄を表すＦｅ信号２６０を示している。最後に、シリコン信号２５４は層２２２及び基板２２４内のシリコンを表している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
積層の異なる層の間におけるＩＡＤの調整に加えて、様々な実施形態では、イオンビームプロファイルの他の成分を調整することができる。ある場合には、後に詳述するように、イオンビーム４１４のようなイオンビームのイオンエネルギーをエッチング中の層に応じて調整することができる。この調整は、例えばイオンエネルギーを直接決定し得る抽出電圧を調整することによって達成し得る。例えば、プラズマチャンバ内のプラズマ電位は基板ホルダの電位より数ボルトから数十ボルト高くし得る。従って、１０００Ｖの抽出電圧がプラズマチャンバと基板ホルダの間に印加されるとき、プラズマから射出する一価の正イオンは基板へ例えば１０２０Ｖで加速され得る。イオンビーム４１４のイオンエネルギーの調整は、異なるエッチング性を有する連続する層をエッチングするときに有用であり得る。例えば、エッチングし難い金属層はエッチングし易い金属層に比較して高いイオンエネルギー及び大きな平均入射角を有するイオンビームを使用することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
ブロック５０６において、基板から、例えば積層から、第１の材料から第２の材料への材料の変化を示す信号が検出される。基板からのこの信号は、基板からエッチングされる第１の種の輝線の強度の減少に相当し得る。第１の種の輝線はエッチングされている第１の層内の元素に固有の第１の波長範囲で発生し得る。この輝線強度が減少するとき、これはエッチングされている材料の変化が生じるとみなされ、異なる元素を有する新しい（第２の）層がエッチングされることを示す。あるいは、基板からの信号はエッチングされる第２の層内の元素に固有の第２の波長の輝線の強度の増大を示し、第２の層がエッチングされていることを示すとみなせる。更に、基板からの信号は第１の反射率を有する第１の層のエッチングが終了し第２の反射率を有する第２の層のエッチングが開始するときに発生し得る基板の表面の反射率の変化とすることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
ブロック６０６において、上述した制御設定に加えて基板温度及び初期基板方位角γ０を含み得る第１セットの制御設定を用いてイオンビームが抽出プレートを通して基板に向けられる。ブロック６０８において、「アップ走査」が実行され、基板は抽出プレートに対して第１の方向に走査される。ブロック６１０において、基板は回転インクリメントγだけ回転され、ブロック６１２において基板は第１の方向と反対の第２の方向にダウン走査される。ブロック６１４において、基板は再び回転角度インクリメントγだけ回転される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
ブロック８０６において、新しい層は第１セットの制御設定と同じイオンエネルギーでエッチングすべきかどうかについて決定が行われる。そうであれば、フローは決定ブロック８０８に進む。決定ブロック８０８において、新しい層は同じ平均角度でエッチングすべきかどうかについて決定が行われる。そうであれば、フローはブロック８０２に戻り、（新しい層の）エッチングは第１セットの制御設定を用いて進む。そうでなければ、フローはブロック８１０に進み、処理装置のＲＦ電力が調整される。周知のように、抽出プレートに隣接するプラズマチャンバのＲＦ電力を調整すると、抽出プレートの開口に形成されるメニスカスの形状が変化し、よってプラズマから射出し基板に向かうイオンの平均角度を変更することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
次に図１２Ａ−１２Ｃにつき説明すると、積層１２００を有する基板１２２０内にパターン化された特徴部をエッチングする一連のエッチング処理が示されている。イオンが積層１２００の露出部分をエッチングするために基板に向けられるとき、形成すべき構造を規定するために積層１２００の上にマスク特徴部１２２２が設けられている。図１２Ａにおいて、イオンビーム１２３２が基板１２２０に向けられる。処理装置の制御設定は最上層１２２４をエッチングするのに適したイオンエネルギー、平均角度及びイオン電流をイオンビーム１２３２に与えるように設定される。イオンビーム１２３２を用いるエッチングが進むにつれて、最上層１２２４が除去され、中間層１２２６を露出する。中間層１２２６は、イオンビーム１２３２より高い角度のイオンが中間層１２２６のエッチングに適しているようなエッチング特性を有する金属からなり得る。中間層１２２６の材料をエッチングするレシピをプリストアし、中間層１２２６のエッチングにもっと高い平均角度及び異なるビーム電流を使用すべきことを示すことができる。従って、中間層１２２６からスパッタされた種が検出されたとき、ＲＦ電力のような処理装置の制御設定をもっと高い平均角度を有するイオンビーム、例えば図１２Ｂに示すようなイオンビーム１２３４を発生するように自動的に調整することができる。この例では、制御設定は、ブロック１０１０において、図１２Ｂに示すような同じイオンエネルギー、異なるビーム電流及び異なる平均角度を有するイオンを発生するように調整することができる。次に、中間層１２２６のエッチングが完了するとき、下層１２２８の材料をエッチングするレシピを読み出し、更に高い平均角度を下層１２２８のエッチングに使用すべきことを示すことができる。従って、下層１２２８からスパッタされた種が検出されたとき、ＲＦ電力のような処理装置の制御設定を、更に高い平均角度を有するイオンビーム、例えば図１２Ｃに示すようなイオンビーム１２３６を発生するように自動的に調整することができる。この例では、制御設定はブロック１０１０において、図１２Ｃに示すような同じイオンエネルギー、異なるビーム電流及び更に高い平均角度を有するイオンビームを発生するように調整することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2017520909.tif 000018
【図２】
2017520909.tif 000019
【図３】
2017520909.tif 000020
【図４】
2017520909.tif 000021
【図５】
2017520909.tif 000022
【図６】
2017520909.tif 000023
【図７】
2017520909.tif 000024
【図８】
2017520909.tif 000025
【図９】
2017520909.tif 000026
【図１０】
2017520909.tif 000027
【図１１】
2017520909.tif 000028
【図１２】
2017520909.tif 000029
【国際調査報告】
2017520909.tif 000030
2017520909.tif 000031