(57)【要約】ワークピースを処理するシステムおよび方法が開示される。プラズマチャンバを用いてリボンイオンビームを生成し、抽出アパーチャを通じて抽出する。ワークピースの異なる部分がリボンイオンビームに露出するように、ワークピースを抽出アパーチャに近接して平行移動させる。ワークピースがリボンイオンビームに露出するにつれて、プラズマチャンバに関連する少なくとも１つのパラメータを変化させる。可変パラメータは、抽出電圧デューティサイクル、ワークピース走査速度、およびイオンビーム形状を含む。いくつかの実施態様において、ワークピース全体がリボンイオンビームに露出した後、パラメータを変化させながら、ワークピースを回転させて、再度リボンイオンビームに露出する。このシーケンスは、複数回繰り返されてもよい。
2017534145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマチャンバを用いてワークピースを処理する方法であって、
前記プラズマチャンバの抽出アパーチャを通じてリボンイオンビームを抽出するステップと、
前記ワークピースの異なる部分が前記リボンイオンビームに露出するように、前記ワークピースを前記プラズマチャンバに対して平行移動させるステップと、
前記ワークピースが平行移動されている間、前記プラズマチャンバの少なくとも１つのパラメータを変化させるステップと、
を有する、方法。
【請求項２】
前記ワークピースの少なくともいくつかの部分が前記リボンイオンビームに露出した後、前記ワークピースを回転させるステップと、
前記平行移動、変化、および回転を複数回繰り返して所望パターンを実現するステップと、
をさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
抽出電圧が前記プラズマチャンバの壁に印加され、
前記少なくとも１つのパラメータは、前記抽出電圧のデューティサイクルを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのパラメータは、前記リボンイオンビームの形状を含み、
前記リボンイオンビームの形状は、機械的ブロッカー、電磁石、または電極によって変化される、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのパラメータは、前記リボンイオンビームの入射角度を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つのパラメータは、前記ワークピースが前記プラズマチャンバに対して平行移動される速度を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
不均一厚さを有するワークピースをエッチングする方法であって、
前記不均一厚さを除去するエッチングパターンを決定するステップと、
プラズマチャンバから抽出されたリボンイオンビームを用いて、前記ワークピースに前記エッチングパターンを施すステップと、
を有する、方法。
【請求項８】
前記ワークピースの異なる部分を露出させるように前記ワークピースを前記リボンイオンビームに対して平行移動させ、前記ワークピースが平行移動されるにつれて前記プラズマチャンバに関連するパラメータを変化させる、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ワークピースを前記リボンイオンビームに複数回露出させて、各露出後に回転させる、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ワークピースを処理するシステムであって、
抽出アパーチャを有するプラズマチャンバであって、該抽出アパーチャからリボンイオンビームが抽出される、プラズマチャンバと、
前記抽出アパーチャの近くを通過するようにワークピースが配置される可動面と、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記ワークピースが抽出アパーチャを通過している間、前記プラズマチャンバの１つ以上のパラメータを変化させるように構成される、
システム。
【請求項１１】
抽出電圧を供給するために前記プラズマチャンバの壁と連通ている抽出電圧電源をさらに備え、
前記コントローラは、前記抽出電圧のデューティサイクルを変化させる、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記リボンイオンビームの形状または入射角度を変化させる、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記抽出アパーチャに近接して配置されるブロッカーと、
前記ブロッカーを動かすように前記ブロッカーと通 信しているアクチュエータと、
をさらに備え、
前記コントローラは、前記アクチュエータと通 信している、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記プラズマチャンバの壁に近接して配置される電磁石をさらに備え、
前記コントローラは、前記電磁石と通 信している、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記可動面の速度を調整するアクチュエータをさらに備え、
前記コントローラは、前記可動面の速度を変化させるように前記アクチュエータと通 信している、
請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【優先権主張】
【０００１】
本願は、２０１４年１０月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／０６４，７４０号および２０１５年１０月８日に出願された米国特許出願第１４／８７８，５１９号の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ワークピースを処理するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
プラズマチャンバは、プラズマを生成するためによく用いられる。このプラズマからのイオンは、その後、プラズマチャンバからアパーチャを通じて抽出され、イオンビームを形成する。プラズマは、種々の方法で生成され得る。ある実施態様において、アンテナが、プラズマチャンバの外で、誘電体窓に近接して、配置される。アンテナは、その後、ＲＦ電源を用いて励起される。アンテナによって生成された電磁エネルギーは、誘電体窓を通過して、プラズマチャンバ内に配置された供給ガスを励起する。
【０００４】
生成されたプラズマは、その後、抽出アパーチャを通じて抽出される。いくつかの実施態様において、抽出アパーチャは、長方形または楕円形であってもよく、開口の長さは開口の幅よりもはるかに大きい。抽出されたイオンビームは、リボンイオンビームであってもよい。但し、これらの実施態様において、プラズマチャンバから抽出されたリボンイオンビームは、抽出アパーチャの長さにわたって所望の均一性を有さないかもしれない。例えば、イオン密度は、リボンイオンビームの中心近くでより高く、中心から離れた領域において低くなるかもしれない。
【０００５】
さらに、いくつかの実施態様において、ワークピースのある領域が他の領域よりもより多く処理されるように、ワークピースを不均一に処理することが望ましい。したがって、所望の処理を実現することができる改良ワークピース処理システムおよび方法が有益であろう。特に、プラズマチャンバを用いて処理されているワークピースの１つ以上のパラメータの均一性をより精密に制御することが有利である。
【発明の概要】
【０００６】
ワークピースを処理するシステムおよび方法が開示される。プラズマチャンバを用いてリボンイオンビームを生成し、抽出アパーチャを通じて抽出する。ワークピースの異なる部分がリボンイオンビームに露出するように、ワークピースを抽出アパーチャに近接して平行移動させる。ワークピースがリボンイオンビームに露出するにつれて、プラズマチャンバに関連する少なくとも１つのパラメータを変化させる。可変パラメータは、抽出電圧デューティサイクル、ワークピース走査速度、およびイオンビーム形状を含む。いくつかの実施態様において、ワークピースの少なくともいくつかの部分がリボンイオンビームに露出した後、パラメータを変化させながら、ワークピースを回転させて、再度リボンイオンビームに露出する。このシーケンスは、複数回繰り返されてもよい。
【０００７】
第１実施態様によると、プラズマチャンバを用いてワークピースを処理する方法が開示される。該方法は、前記プラズマチャンバの抽出アパーチャを通じてリボンイオンビームを抽出するステップと、前記ワークピースの異なる部分が前記リボンイオンビームに露出するように、前記ワークピースを前記プラズマチャンバに対して平行移動させるステップと、前記ワークピースが平行移動されている間、前記プラズマチャンバの少なくとも１つのパラメータを変化させるステップと、を有する。いくつかの実施形態において、該方法は、前記ワークピースの少なくともいくつかの部分が前記リボンイオンビームに露出した後、前記ワークピースを回転させるステップと、前記平行移動、変化、および回転を複数回繰り返して所望パターンを実現するステップと、をさらに有する。
【０００８】
第２実施態様によると、不均一厚さを有するワークピースをエッチングする方法が開示される。該方法は、前記不均一厚さを除去するエッチングパターンを決定するステップと、プラズマチャンバから抽出されたリボンイオンビームを用いて、前記ワークピースに前記エッチングパターンを施すステップと、を有する。
【０００９】
第３実施態様によると、ワークピースを処理するシステムが開示される。該システムは、抽出アパーチャを有するプラズマチャンバであって、該抽出アパーチャからリボンイオンビームが抽出される、プラズマチャンバと、前記抽出アパーチャの近くを通過するようにワークピースが配置される可動面と、コントローラと、を備え、前記コントローラは、前記ワークピースが抽出アパーチャを通過している間、前記プラズマチャンバの１つ以上のパラメータを変化させるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の理解を助けるために、以下の添付図面を参照し、添付図面を、ここに参照のために取込む。
【図１】プラズマチャンバの第１実施形態の側面図である。
【図２Ａ】処理前の種々のワークピースを図示する。
【図２Ｂ】処理前の種々のワークピースを図示する。
【図２Ｃ】処理前の種々のワークピースを図示する。
【図３Ａ】処理前のワークピースを図示する。
【図３Ｂ】処理後の図３Ａのワークピースを図示する。
【図４】ワークピースの領域の代表図である。
【図５Ａ】プラズマチャンバの第２実施形態の側面図である。
【図５Ｂ】図５Ａのプラズマチャンバの底面図である。
【図６】他の実施形態に係るプラズマチャンバの底面図である。
【図７】コントローラを有するワークピース処理システムを図示する。
【図８】コントローラによって実行される代表フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ワークピースを処理するシステムおよび方法が開示される。いくつかの実施形態において、ワークピースは、前処理済みであり、前処理済みワークピースは、少なくとも１つのパラメータについて不均一である。例えば、ワークピースは、前工程で不均一な量の材料が堆積されているかもしれない。他の実施形態において、ワークピースは、前工程で不均一な量の材料がエッチングされているかもしれない。あるいは、他の実施形態において、ワークピースは、後に不均一工程に供されるかもしれない。これらのシナリオにおいて、前工程不均一性を修正したり、後工程不均一性を調整したりすることが有益である。いくつかの実施形態において、ワークピース処理の均一性は、ワークピース走査速度または可変バイアスデューティサイクルによって制御することができる。他の実施形態において、ワークピース処理の均一性は、抽出イオンビームの形状または密度を操作することによって制御することができる。
【００１２】
図１は、処理中にワークピース９０の１つ以上のパラメータの均一性を制御するワークピース処理システム１０の第１実施形態を図示する。これらのパラメータは、ワークピース９０上に堆積される材料の量、ワークピース９０からエッチングされる材料の量、ワークピース９０内に注入されるイオン線量、および、ワークピース９０に行われるアモルファス化の程度のうちの１つ以上を含み得る。
【００１３】
アンテナ２０は、プラズマチャンバ３０の外で、誘電体窓２５に近接して、配置される。アンテナ２０は、ＲＦ電源２７に電気的に接続され、ＲＦ電源２７は、アンテナ２０に交流電圧を供給する。電圧は、例えば、２ＭＨｚ以上の周波数であってもよい。誘電体窓２５およびアンテナ２０はプラズマチャンバ３０の上側に図示されているが、他の実施形態も可能である。例えば、アンテナ２０は、チャンバ側壁３３を取り囲んでもよい。プラズマチャンバ３０のチャンバ壁は、グラファイト等の導電材料からなってもよい。これらのチャンバ壁は、例えば抽出電源８０によって、抽出電圧にバイアスされてもよい。抽出電圧は、例えば、１ｋＶであってもよいが、他の電圧も本発明の範囲内である。加えて、抽出電圧は、約１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの周波数を持つ方形波であってもよいが、他の周波数も本発明の範囲内である。本実施形態において、抽出電圧は、その周期の一部分において振幅Ｖｅｘｔであってもよく、その周期の別の部分において接地電位であってもよい。
【００１４】
プラズマチャンバ３０は、抽出アパーチャ３５を有するチャンバ壁３１を含む。このチャンバ壁３１は、誘電体窓２５と反対のプラズマチャンバ３０の側に配置されてもよいが、他の構成も可能である。
【００１５】
ワークピース９０は、プラズマチャンバ３０の抽出アパーチャ３５を有するチャンバ壁３１の外で、チャンバ壁３１に近接して配置される。いくつかの実施形態において、ワークピース９０はチャンバ壁３１から約１ｃｍ以内であってもよいが、他の距離も可能である。動作中、アンテナ２０は、プラズマチャンバ３０内にエネルギーを誘導結合するようにＲＦ信号を用いて電力供給される。この誘導結合エネルギーは、ガス注入口３２を介して導入された供給ガスを励起し、プラズマを生成する。抽出電圧がＶｅｘｔである時、プラズマチャンバ３０のチャンバ壁はＶｅｘｔに正にバイアスされ、プラズマチャンバ３０の中のプラズマも同様に正にバイアスされる。接地され得るワークピース９０は、抽出アパーチャ３５を有するチャンバ壁３１に近接して配置される。プラズマとワークピース９０との間の電位差によって、プラズマにおける正荷電イオンは、リボンイオンビーム６０の形で抽出アパーチャ３５を通じてワークピース９０に向かって加速される。
【００１６】
抽出電圧が接地電位である時、プラズマチャンバ３０のチャンバ壁は接地される。この構成において、プラズマとワークピース９０との間に電位差はなく、イオンはワークピース９０に向かって加速されない。言い換えると、抽出電圧がワークピース９０に関して正である時に、プラズマからの正イオンはワークピース９０に引き付けられる。
【００１７】
リボンイオンビーム６０は、ｘ方向等のある方向においてワークピース９０と少なくとも同じ幅であってもよく、直交方向（またはｙ方向）においてワークピース９０よりもはるかに狭い幅であってもよい。さらに、ワークピース９０の異なる部分がリボンイオンビーム６０に露出するように、ワークピース９０は、抽出アパーチャ３５に対して平行移動されてもよい。ワークピース９０がリボンイオンビーム６０に露出するようにワークピース９０が平行移動される処理を、「パス」と呼ぶ。パスは、プラズマチャンバ３０の位置を維持しながらワークピース９０を平行移動させることによって行われてもよい。ワークピース９０が抽出アパーチャ３５に対して平行移動される速度は、ワークピース走査速度と称される。他の実施形態において、ワークピース９０が静止している間、プラズマチャンバ３０が平行移動されてもよい。他の実施形態において、プラズマチャンバ３０とワークピース９０との両方が平行移動されてもよい。いくつかの実施形態において、ワークピース９０がｙ方向において抽出アパーチャ３５に対して一定ワークピース走査速度で移動することで、ワークピース９０全体が、同じ時間、リボンイオンビーム６０に露出する。
【００１８】
加えて、いくつかの実施形態において、ワークピース９０は、複数回、リボンイオンビーム６０に露出してもよい。言い換えると、複数のパスをワークピース９０に行ってもよい。いくつかのさらなる実施形態において、ワークピース９０を、各パス後、ｚ軸に平行な軸周りに回転させてもよい。例えば、ワークピースは、４、８、または１６回等の複数回、リボンイオンビーム６０に露出してもよい。ワークピース９０がＮ回、リボンイオンビーム６０に露出する（すなわち、Ｎ回、パスにかけられる）場合、ワークピース９０は、各パス後、（３６０／Ｎ）°回転され得る。いくつかの実施形態において、各パス中、ワークピース９０のいくつかの部分のみがリボンイオンビーム６０に露出する。この技術によって、リボンイオンビーム６０の不均一性の影響が低減され得る。また、この技術によって、対象パラメータの所望の均一性をより制御することが可能になる。
【００１９】
いくつかの実施形態において、処理するべきワークピースは、少なくとも１つのパラメータについて不均一であり得る。例えば、図２Ａ〜Ｃはそれぞれ、前堆積工程に供されたワークピース１９０を図示する。各ケースにおいて、ワークピース１９０は、充填材料１９１と複数のポスト１９２とを有する。図２Ａにおいて、ポスト１９２は同じ高さであるが、充填材料１９１は均等に堆積されていない。図２Ｂにおいて、充填材料１９１は均等に分布しているが、ポスト１９２は同じ高さではない。図２Ｃにおいて、充填材料１９１は均等に分布していない。図２Ａ〜２Ｂにおいて、ワークピース１９０は、エッチング工程に供され得る。図２Ｃにおいて、ワークピース１９０は、堆積工程に供され得る。各ケースにおいて、前処理済みワークピース１９０の不均一性にかかわらず、結果として得られるワークピースが均一に堆積された充填材料１９１および同一高さのポスト１９２を有することが望ましい。
【００２０】
ある実施形態において、抽出電圧のデューティサイクルを変化させて所望の均一性を得てもよい。例えば、前述の通り、プラズマチャンバ３０のチャンバ壁がワークピース９０よりも正にバイアスされている時、イオンはワークピース９０に向かって加速される。したがって、抽出電圧のデューティサイクルを上げると、イオンは、より高い時間のパーセンテージでワークピース９０に向かって加速される。逆に、デューティサイクルを下げると、イオンがワークピース９０に向かって加速される頻度は低くなる。こうして、抽出電源８０から出力される抽出電圧のデューティサイクルを変化させることによって、ワークピース９０に行われる処理（すなわち、注入、エッチング、堆積、アモルファス化）の量を調整してもよい。
【００２１】
したがって、ある実施形態において、抽出電圧のデューティサイクルを変化させることによって、ワークピース９０の処理を変えてもよい。抽出電源８０は、その出力電圧のデューティサイクルが変化し得るように、プログラム可能であってもよい。いくつかの実施形態において、電圧の振幅も変更してもよい。例えば、図３Ａは、表面不均一性を有するワークピース２９０を図示する。ワークピース２９０は、１００オングストロームを超える表面不均一性を持つかもしれない。言い換えると、ワークピース２９０の最も薄い部分とワークピース２９０の最も厚い部分との間の厚さの距離は、１００オングストロームを超えるかもしれない。これを修正するために、より多くの材料を、ワークピース２９０の縁部からよりもワークピース２９０の中心からエッチングしてもよい。ワークピース２９０が抽出アパーチャ３５に対して平行移動されるにつれて、抽出電圧のデューティサイクルが変調されてもよい。
【００２２】
例えば、図４は、矢印２００に示すように、抽出アパーチャ３５に対して横方向（すなわち、ｙ方向）に移動されるワークピース２９０を図示する。本図において、抽出電圧のデューティサイクルは、４つの異なる値を有してもよい。ワークピース２９０の領域２１０がリボンイオンビーム６０に露出する時、最小デューティサイクルが適用される。ワークピース２９０の領域２２０が露出する時、第１中間デューティサイクルが適用される。同様に、ワークピース２９０の領域２３０が露出する時、第１中間デューティサイクルより大きい第２中間デューティサイクルが適用される。最後に、ワークピース２９０の中心に近い領域を表す領域２４０がリボンイオンビーム６０に露出する時、最大デューティサイクルが適用される。こうして、ワークピース２９０の処理が各領域で異なる場合、４つの異なる領域２１０〜２４０が生成される。もちろん、ワークピース２９０上に４つよりも多いまたは少ない領域を生成することができる。
【００２３】
いくつかの実施形態において、ワークピース２９０を、ｚ軸に平行なワークピース２９０の中心における軸２５０の周りに回転させてから、再度抽出アパーチャ３５の下を通過させる。ある実施形態において、ワークピース２９０を、２２．５°回転させて、再度抽出アパーチャ３５の下を通過させる。これは、ワークピース２９０が３６０°回転して工程が完了するまで、繰り返されてもよい。もちろん、図４に示す領域は、ワークピース２９０の各パスで異なっていてもよい。該処理の結果が、図３Ｂに示されている。ここで、後処理済みワークピース２９１の表面不均一性は、約２０オングストロームに低減されている。これは、材料をワークピース２９０の全ての部分からエッチングするが、より多くの材料をより厚い部分からエッチングすることによって実現される。
【００２４】
リボンイオンビーム６０はワークピース２９０よりも幅広であることから、１つのパスのみで所望パターンを生成することは不可能な場合がある。こうして、各パス後にワークピース２９０が回転される複数パスによって、より複雑で非対称な処理パターンが可能となる。
【００２５】
図３Ａ〜３Ｂおよび図４はドライエッチング工程の文脈で記載されているが、本発明はこの実施形態に限定されない。他の実施形態において、図１のプラズマチャンバ３０を用いてワークピース２９０の表面に不純物を注入して、酸浴に対する表面の抵抗を変える。上述の通り、抽出電圧デューティサイクルを変調してワークピースを、複数回、回転させることによって、注入不純物の量を調節してもよい。こうして、本明細書に記載のシステムおよび方法を用いて、ウェットエッチング工程前のワークピースの表面を調整することができる。
【００２６】
図２Ａ〜２Ｃに戻って、これらのワークピース１９０の表面は、２つの異なる材料、すなわち、充填材料１９１に使われる第１材料およびポスト１９２に使われる第２材料、を含んでもよい。ある実施形態において、ポスト１９２は窒化ケイ素（ＳｉＮ）であり、充填材料１９１は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）であってもよい。表面不均一性を除去するために用いられるエッチング工程は、材料に選択的なエッチング工程であってもよい。ある材料を別の材料よりも選択的にエッチングするために用いられ得るケミストリーは、周知である。例えば、Ｃ４Ｆ６およびＣ４Ｆ８を用いて充填材料１９１を優先的に除去してもよい。あるいは、ＣＨ３Ｆを用いてポスト１９２を優先的に除去してもよい。
【００２７】
こうして、ワークピース２９０の部分または領域に行う処理の量を、抽出電圧のデューティサイクルに基づいて決定してもよい。加えて、特定のケミストリーを使用することで、どの材料が処理されるかを決定してもよい。特定のケミストリーを使用してある材料を優先的にエッチングすることを、材料選択的エッチング工程と称してもよい。材料選択性は、第１材料を第２材料よりも実質的に速くエッチングすることを指す。
【００２８】
要するに、エッチング工程は、 気体（aerial）選択性、材料選択性、またはこれらの組み合わせを組み込んでもよい。気体（aerial）のみの選択的工程は、「スパッタエッチング」するためにＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、およびＸｅ等の希ガスでワークピースを処理し得る か、または、ウエハーにわたって異なる量であるが、周知の異なるケミストリーを用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）でワークピースを処理し得る 。例えば、ある種の材料のブランケット膜を、この方法で処理してもよい。材料選択的工程は、いずれかのタイプのエッチング（すなわち、スパッタエッチングまたはＲＩＥ）を利用して、少なくとも２種類の材料からなる表面を持つワークピースにわたって材料または角度選択性を変えてもよい。角度選択性は、ある種類の表面（すなわち、水平または垂直）を別の種類の表面よりも実質的に速くエッチングすることを指す。例えば、エッチング工程は、ウエハーの中心よりも縁部において、ＳｉＯ２よりも多くのＳｉＮを除去してもよい。気体（aerial）および材料選択的工程を用いて、任意の所望パターンを実現することが可能である。
【００２９】
加えて、注入、アモルファス化、および堆積工程は、本明細書に記載のワークピース処理システム１０および方法を用いて行うこともできる。
【００３０】
言い換えると、抽出電圧のデューティサイクルの変化も利用して、堆積、注入、およびアモルファス化の所望の処理パターンを同様に生成してもよい。
【００３１】
先の記載は所望の処理パターンを生成するための可変抽出電圧デューティサイクルの使用を開示するが、他のパラメータを変化させることもできる。
【００３２】
例えば、ある実施形態において、ワークピース９０が抽出アパーチャ３５に対して移動する速度であるワークピース走査速度を変化させてもよい。例えば、特定の領域においてより多くの材料をエッチング、堆積、または注入するために、該領域がリボンイオンビーム６０に露出する際に、ワークピース９０を減速してもよい。逆に、特定の領域においてより少ない材料を堆積、エッチング、または注入すべき場合には、該領域がリボンイオンビーム６０に露出する際に、ワークピース９０をより高い速度で移動させてもよい。同様に、より低いワークピース走査速度によって、ワークピース９０をよりアモルファス化することもできる。したがって、先の実施形態と同様、ワークピース９０を、複数回、リボンイオンビーム６０に通過させて、各パス後にワークピース９０を回転させてもよい。その後、ワークピース９０の全部分または少なくともいくつかの部分がリボンイオンビーム６０に露出するように、ワークピース９０を平行移動させる。ワークピース走査速度は、現在、リボンイオンビーム６０に露出されているワークピース９０の領域に応じて、可変であってもよい。
【００３３】
他の実施形態において、リボンイオンビーム６０の角度を変化させて所望パターンを実現してもよい。いくつかの実施形態において、ワークピースに使用される材料のエッチ速度は、イオンビームの入射角度に対して敏感であり得る。例えば、あるテストにおいて、エッチ速度は、最大率まで入射角度と共に上昇し、その後、入射角度が最大率を超えると減少することが分かった 。特定の理論に縛られるべきではないが、エッチ速度の上昇は、ワークピースの表面近くの衝突の確率の上昇によるものと思われる。しかし、ある入射角度を超えると、表面散乱が支配的になり、エッチ速度が下がる。こうして、ワークピース９０が抽出アパーチャに対して平行移動されるにつれて、リボンイオンビーム６０の入射角度を変化させてもよい。これが、不均一処理パターンを実現するために処理中に変化させることができる他のパラメータであり得る。
【００３４】
他のパラメータを変調させて不均一処理を実現することも可能である。例えば、供給ガス流速、抽出電圧の振幅、アンテナ２０への供給電力、その他のパラメータを変化させてこれらの結果を得てもよい。
【００３５】
上記の実施形態は、リボンイオンビーム６０のイオン密度が相対的に均一であり得るかまたは少なくとも不変であり得ると仮定し得る。言い換えると、ワークピース９０の各パスにおいて適用すべきパターンを計算するにあたって、リボンイオンビーム６０にわたるイオン密度は、各パスで不変であると仮定し得る。しかし、他の実施形態において、リボンイオンビーム６０の形状またはイオン密度も変更されてもよい。
【００３６】
いくつかの実施形態において、リボンイオンビーム６０は、動的に成形または変更されてもよい。図５Ａは、図１に図示するものと類似の、プラズマチャンバ３０を含むシステム５１０を図示する。全ての対応する要素には同一の参照番号を付与し、再度の説明を省略する。本実施形態において、電磁石９５が、１つ以上のチャンバ側壁３３上に配置されてもよい。各電磁石９５に印加される電流は、個別に制御可能であってもよい。図５Ｂは、図５Ａのプラズマチャンバ３０の底面図である。本図において、電磁石９５は、４つのチャンバ側壁３３上に配置されている。これらの電磁石９５間の相互作用によって、磁界９６が生じて、リボンイオンビーム６０を閉じ込めるかまたは偏向させる。各電磁石９５を通る電流を変更することによって、磁界９６を制御することができ、リボンイオンビーム６０全体の形状およびイオン密度をより制御することが可能になる。
【００３７】
図６は、リボンイオンビーム６０の形状および／またはイオン密度を動的に制御するプラズマチャンバ３０の第２実施形態を図示する。図６は、プラズマチャンバ３０の底面図であり、複数のブロッカー１０５が、チャンバ壁３１に近接した抽出アパーチャ３５の長さに沿って配置されている。ブロッカー１０５およびアクチュエータ１０６は、プラズマチャンバ３０の外側にあってもよい。いくつかの実施形態において、各ブロッカー１０５は、それぞれのアクチュエータ１０６と通信している。他の実施形態において、複数のブロッカー１０５が、単一のアクチュエータ１０６と通信していてもよい。各アクチュエータ１０６は、それぞれのブロッカー１０５をｙ方向に平行移動させることができる。図６は抽出アパーチャ３５の両側に配置されたブロッカー１０５を図示するが、他の実施形態において、ブロッカー１０５は、抽出アパーチャ３５の片側のみに配置されてもよい。ブロッカー１０５をｙ方向に平行移動させることによって、抽出アパーチャ３５の有効幅を操作することができる。さらに、いくつかの実施形態においてブロッカー１０５は独立して制御されることから、リボンイオンビーム６０の形状およびイオン密度を操作することができる。例えば、抽出アパーチャ３５の中心へのブロッカー１０５を作動させて、抽出アパーチャ３５の端部近くに配置されたブロッカー１０５よりも高いパーセンテージの抽出アパーチャ３５を閉塞してもよい。これによって、抽出アパーチャ３５の中心近くのイオン密度を下げながら、抽出アパーチャ３５の端部近くのイオン密度を効果的に上げることができる。もちろん、ブロッカー１０５の他の構成も可能である。
【００３８】
図５Ａ〜５Ｂおよび図６はリボンイオンビーム６０の形状が操作可能な２つの実施形態を図示するが、他のメカニズムも可能である。操作は、電極や電磁石９５を使用する等、本質的に電磁気的または電気的であってもよい。あるいは、操作は、ブロッカー１０５を使用する等、機械的であってもよい。もちろん、リボンイオンビーム６０を操作する他の方法を用いてもよく、本発明は特定の実施形態に限定されない。
【００３９】
いくつかの実施形態において、リボンイオンビーム６０の操作は、抽出電圧デューティサイクルの変化等の他の技術と併せて用いられる。例えば、ワークピース９０を、複数回、リボンイオンビーム６０に通過させて、各パスにおいて抽出電圧デューティサイクルを変化させてもよい。各パス後、ワークピース９０を回転させて、他のパスに供してもよい。加えて、各パスにおいて、リボンイオンビーム６０を操作してもよい。他の実施形態において、リボンイオンビーム６０は、プラズマ処理開始前に一度操作され、再度操作されなくてもよい。
【００４０】
他の実施形態において、リボンイオンビーム６０の操作は、抽出電圧デューティサイクルの変化等の他の技術なしで、用いられてもよい。例えば、リボンイオンビーム６０は、ワークピース９０がリボンイオンビーム６０を通過するにつれて、操作されてもよい。例えば、このようにして、リボンイオンビーム６０を操作して、１つのパスにおいてワークピース９０に任意の所望パターンを生成してもよい。いくつかの実施形態において、追加のパスを行って、処理動作の質を向上してもよい。
【００４１】
本明細書に記載のプラズマ処理を行うために、図７に示すように、システム７１０はコントローラ７００と通信してもよい。システム７１０は、図１、５Ａ〜５Ｂ、および６に示すいずれの実施形態であってもよい。コントローラ７００は、メモリデバイス等の持続性記憶素子７０２と通信している処理ユニット７０１を備えてもよい。持続性記憶素子７０２は、命令を含んでもよい。命令が処理ユニット７０１によって実行されると、システム７１０は所望のプラズマ処理を行うことができる。
【００４２】
コントローラ７００は、システム７１０と通信していることから、複数のパラメータを制御することができる。複数のパラメータの非限定例には、抽出電圧デューティサイクル、抽出電圧振幅、ＲＦ電力、供給ガス流速、リボンイオンビーム６０の入射角度、および電磁石９５やブロッカー１０５等のリボンイオンビーム６０の操作に使用される装置がある（図５Ａ〜５Ｂおよび図６参照）。
【００４３】
ワークピース９０は、ベルトコンベヤー等の可動面７２１上に配置されてもよい。可動面７２１は、ワークピース９０を抽出アパーチャ３５およびリボンイオンビーム６０に対してｙ方向７２２に平行移動させる。可動面７２１は、アクチュエータ７２０を用いて動かされてもよい。いくつかの実施形態において、コントローラ７００がアクチュエータ７２０と通信していることで、コントローラ７００は、ワークピース走査速度および／または方向を変更することができる。いくつかの実施形態において、上述の通り、アクチュエータ７２０は、ｚ方向と平行な軸周りにワークピース９０を回転可能であってもよい。
【００４４】
図８は、コントローラ７００によって実行される代表シーケンスを示すフローチャートである。まず、工程８００に示すように、所望パターンがコントローラ７００に入力される。コントローラ７００は、種々の方法でこの入力を受信してもよい。例えば、いくつかの実施形態において、システム７１０を用いて、ワークピース９０上に材料をエッチングまたは堆積してもよい。これらの実施形態において、システム７１０によって処理される前のワークピース９０は、均一厚さを有さないかもしれない。こうして、システム７１０は、得られるワークピースが平面（すなわち、均一厚さ）になるように、不均一に材料をエッチングまたは堆積してもよい。他の実施形態において、システム７１０は、不均一性を生じるようにワークピース９０を処理してもよい。さらに他の実施形態において、システム７１０によって処理される前のワークピース９０は均一厚さを有さないかもしれず、システム７１０は、後続工程の処理を見越して、不均一厚さの異なるパターンを生じるようにワークピース９０を処理してもよい。これらの実施形態において、コントローラ７００への入力は、図３Ａに示すものと類似の、ワークピース９０のトポロジマップであってもよい。該トポロジマップは、視覚システムやその他の手段によって生成されてもよい。他の実施形態において、該トポロジマップは、以前処理されたワークピース９０に対する理論的または経験的測定に基づいて予め定義されてもよい。注入またはアモルファス化処理の場合、所望パターンを異なる方法でコントローラ７００に入力してもよい。加えて、これらに限定されないが、処理タイプ（エッチング、堆積、注入、アモルファス化）、線量、ワークピースのパス数、および回転数等の他のパラメータも、コントローラ７００に入力してもよい。
【００４５】
加えて、処理応答率をコントローラ７００に入力してもよい。各材料は、抽出電圧のデューティサイクル、抽出電圧の振幅、リボンイオンビーム６０の入射角度およびイオン密度、およびその他のパラメータに応じて、既知の応答率を有する。応答率は、材料がワークピースからエッチングされる率、または 、材料がワークピース上に堆積される率であってもよい。これらの応答率は、理論的または経験的に計算され、コントローラ７００に入力されてもよい。
【００４６】
工程８１０に示すように、この情報に基づいて、コントローラ７００は、ワークピース９０が処理されている間、変化しないパラメータを選択してもよい。例えば、ワークピースの処理中、１つ以上のパラメータが一定であるかもしれない。例えば、ある実施形態において、リボンイオンビーム６０を操作して、所望の結果を実現してもよい。他の実施形態において、ワークピース処理中、ＲＦ電力、線量、リボンイオンビーム６０の入射角度、供給ガス流速、または抽出電圧の振幅等の他のパラメータは、一定であり得る。工程８１０において、これらの不変処理パラメータは全て、コントローラ７００によって選択される。
【００４７】
さらに、工程８２０に示すように、入力情報に基づいて、コントローラ７００は、ワークピース９０の各パスで使用すべき可変処理パラメータの組を計算してもよい。上述の通り、いくつかの実施形態において、ワークピースの処理中、いくつかのパラメータが一定値に保たれる一方、１つ以上のパラメータは変化される。例えば、ワークピース９０の処理中、ＲＦ電力、線量、供給ガス流速、および抽出電圧の振幅等の特定のパラメータが一定値に保たれる一方、抽出電圧デューティサイクル、リボンイオンビーム６０の形状および入射角度、およびワークピース走査速度等のパラメータは変化されてもよい。ワークピースの複数のパスが望ましい場合、コントローラ７００は、各パス毎に適切なパラメータの組を生成してもよい。ここで、あるパスに用いられるパラメータは、後続パスで用いられるパラメータと同じとは限らない。
【００４８】
工程８２５に示すように、いくつかの実施形態において、ワークピース９０の処理の前に、リボンイオンビーム６０の形状および角度を測定して、イオンビームが正しく較正されるようにしてもよい。
【００４９】
次に、工程８３０に示すように、コントローラ７００は、計算した処理パラメータの組がワークピースに適用されると仮定して、結果をシミュレーションする。
【００５０】
工程８４０において、コントローラ７００は、所望パターンを、工程８３０で得られたシミュレーション結果と比較する。比較結果が十分に類似している場合、コントローラ７００は、これらの計算した処理パラメータをシステム７１０に適用し、工程８５０に示すように、システム７１０は、ワークピース９０を処理する。しかしながら、シミュレーション結果が十分に類似していない場合、コントローラ７００は、工程８１０に戻って、１つ以上の不変パラメータを変化させてもよい。例えば、ある実施形態において、リボンイオンビーム６０の形状は、不変処理パラメータであるかもしれない。シミュレーション結果が十分に類似していない場合、工程８１０において、リボンイオンビーム６０の形状を異なるように操作してもよい。そして、コントローラ７００は、シミュレーション結果と所望パターンとの差が十分に小さくなるまで、工程８１０〜８４０を繰り返す。
【００５１】
図８は入力ワークピースからワークピース厚さ不均一性等の不均一性を除去するシーケンスを開示するが、他の実施形態も可能である。例えば、アニールや化学機械平坦化（ＣＭＰ）等の後続工程が固有の不均一性を有し得ることが既知であるかもしれない。例えば、ＣＭＰステーションがより多くの材料をワークピースの縁部からよりも中心から除去することが既知であるかもしれない。本実施形態において、図８のシーケンスを用いて、シーケンスが将来の不均一性を予測して補償するようにワークピース９０を処理してもよい。言い換えると、本例において、ＣＭＰステーションの固有の不均一性が均一厚さのワークピースをもたらすと知って、図８のシーケンスを用いて、縁部よりも中心においてより厚いワークピースを生成してもよい。
【００５２】
記載のシステムおよび方法は、多くの利点を有する。本システムおよび方法によって、プラズマチャンバを用いて任意の所望の処理パターンを生成することができる。ワークピースがリボンイオンビームに対して平行移動されている間にプラズマチャンバの少なくとも１つのパラメータを操作することによって、ワークピースを不均一に処理することが可能である。例えば、図３Ａ〜３Ｂに示すように、不均一厚さを有するワークピースをこれらの実施形態にしたがって処理して、厚さの点で均一性が向上したワークピースを生成してもよい。加えて、本システムおよび方法は、エッチング、注入、堆積、およびアモルファス化等の種々の処理に利用可能である。さらに、本システムおよび方法を用いて、後続工程における予想される不均一処理を補償してもよい。
【００５３】
本発明は、本明細書に記載する特定の実施形態によりその範囲を制限されない。実際、本明細書に記載した実施形態に加えて、本発明の他の様々な実施形態および変更は、先の記載および添付図面から、当業者に明らかであろう。よって、このような他の実施形態および変更は、本発明の範囲に含まれるものである。さらに、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の文脈で本明細書に記載されているが、当業者は、その有用性がこれに限定されず、本発明は多くの目的に対して多くの環境において有利に実施できることを認識するであろう。したがって、後述の特許請求の範囲は、本明細書に記載する本発明の全容および精神を考慮して解釈すべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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