特許 7447312 マルチゾーンプラテン温度制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-01

(45)【発行日】2024-03-11

(54)【発明の名称】マルチゾーンプラテン温度制御

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/20 20060101AFI20240304BHJP

   H01J 37/305 20060101ALI20240304BHJP

   H01L 21/302 20060101ALI20240304BHJP

【ＦＩ】

H01J37/20 A

H01J37/305 A

H01L21/302 201B

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2022566639

(86)(22)【出願日】2021-04-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-19

(86)【国際出願番号】 US2021026991

(87)【国際公開番号】W WO2021225759

(87)【国際公開日】2021-11-11

【審査請求日】2023-01-16

(31)【優先権主張番号】16/865,860

(32)【優先日】2020-05-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】アングリン， ケヴィン アール．

(72)【発明者】

【氏名】ラッフェル， サイモン

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１０７１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１３６０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０６７０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０５０３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０３３０７８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００４７７０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００９／０５８３７６（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／２０

Ｈ０１Ｊ ３７／３０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内側サーマルゾーンと、
前記内側サーマルゾーンを囲む少なくとも１つの同心リングであって、前記少なくとも１つの同心リングのうちの少なくとも１つが、該同心リングの円形内側境界に接する水平境界および垂直境界であって、互いに直角である水平境界および垂直境界により、複数の外側サーマルゾーンに分割されている、少なくとも１つの同心リングと
を備える、ワークピースホルダ。

【請求項2】

前記内側サーマルゾーンと前記複数の外側サーマルゾーンとが独立して制御され得る、請求項１に記載のワークピースホルダ。

【請求項3】

前記内側サーマルゾーンおよび前記外側サーマルゾーンの各々の中に加熱要素が埋め込まれた、請求項１に記載のワークピースホルダ。

【請求項4】

中央サーマルゾーンと、
前記中央サーマルゾーンの両側に配設された１つまたは複数の外側サーマルゾーンであって、前記外側サーマルゾーンの各々および前記中央サーマルゾーンの間の境界は直線状である、１つまたは複数の外側サーマルゾーンと
を備える、ワークピースホルダ。

【請求項5】

前記中央サーマルゾーンと前記外側サーマルゾーンの各々とが独立して制御され得る、請求項４に記載のワークピースホルダ。

【請求項6】

前記中央サーマルゾーンおよび前記外側サーマルゾーンの各々の中に加熱要素が埋め込まれた、請求項４に記載のワークピースホルダ。

【請求項7】

リボンイオンビームを生成するための半導体処理システムと、
ワークピースホルダと、
前記ワークピースホルダを、前記リボンイオンビームの長い方の寸法に直角な方向に前記リボンイオンビームを通して移動させるための走査モーターと
を備え、
前記ワークピースホルダが、半径方向エッチング速度不均一性と直線エッチング速度不均一性の両方を補償するための複数のサーマルゾーンを備える、エッチングシステム。

【請求項8】

前記ワークピースホルダが、
内側サーマルゾーンと、
前記内側サーマルゾーンを囲む少なくとも１つの同心リングであって、前記少なくとも１つの同心リングのうちの少なくとも１つが複数の外側サーマルゾーンに分割されている、少なくとも１つの同心リングと
を備える、請求項７に記載のエッチングシステム。

【請求項9】

前記内側サーマルゾーンと前記複数の外側サーマルゾーンとが独立して制御され得る、請求項８に記載のエッチングシステム。

【請求項10】

前記内側サーマルゾーンおよび前記外側サーマルゾーンの各々の中に加熱要素が埋め込まれている、請求項８に記載のエッチングシステム。

【請求項11】

前記少なくとも１つの同心リングのうちの前記少なくとも１つが、放射状スポークを使用して分割されている、請求項８に記載のエッチングシステム。

【請求項12】

前記複数の外側サーマルゾーンが等しいサイズである、請求項１１に記載のエッチングシステム。

【請求項13】

前記少なくとも１つの同心リングのうちの前記少なくとも１つが、水平境界と垂直境界とを使用して分割されている、請求項８に記載のエッチングシステム。

【請求項14】

前記ワークピースホルダが、中央サーマルゾーンと、前記中央サーマルゾーンの両側に配設された１つまたは複数の水平サーマルゾーンとを備える、請求項７に記載のエッチングシステム。

【請求項15】

前記複数のサーマルゾーンと連絡している複数の電源を備えるサーマルコントローラと、前記サーマルコントローラと連絡しているコントローラとをさらに備え、ワークピースタイプおよびエッチング核種が前記コントローラに入力され、前記サーマルコントローラが、所望の温度プロファイルを達成するために前記複数のサーマルゾーンに電力を供給する、請求項７に記載のエッチングシステム。

【請求項16】

リボンイオンビームを生成するための半導体処理システムと、
ワークピースホルダと、
前記ワークピースホルダを、前記リボンイオンビームの長い方の寸法に直角な方向に前記リボンイオンビームを通して移動させるための走査モーターと
を備え、
前記ワークピースホルダが、直線エッチング速度不均一性を補償するための複数のサーマルゾーンを備える、エッチングシステム。

【請求項17】

前記ワークピースホルダが、中央サーマルゾーンと、前記中央サーマルゾーンの両側に配設された１つまたは複数の垂直サーマルゾーンとを備える、請求項１６に記載のエッチングシステム。

【請求項18】

前記中央サーマルゾーンと前記１つまたは複数の垂直サーマルゾーンとが独立して制御され得る、請求項１７に記載のエッチングシステム。

【請求項19】

前記中央サーマルゾーンおよび前記１つまたは複数の垂直サーマルゾーンの各々の中に加熱要素が埋め込まれている、請求項１７に記載のエッチングシステム。

【請求項20】

前記複数のサーマルゾーンと連絡している複数の電源を備えるサーマルコントローラと、前記サーマルコントローラと連絡しているコントローラとをさらに備え、ワークピースタイプおよびエッチング核種が前記コントローラに入力され、前記サーマルコントローラが、所望の温度プロファイルを達成するために前記複数のサーマルゾーンに電力を供給する、請求項１６に記載のエッチングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、エッチング速度均一性（ｅｔｃｈ ｒａｔｅ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を改善するためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、リボンイオンビームで走査されるワークピースのエッチング速度均一性を改善するためのシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ドーパントを注入したり、材料をエッチングしたり、シリコン基板などのワークピースをアモルファス化したりするために、イオンビームが使用され得る。これらのイオンビームは、所望の核種のイオンを生成するイオン源を含む半導体処理システムを使用して生成され得る。いくつかの実施形態では、これらのイオンは、所望の核種を選択し、イオンをワークピースの方へ誘導する複数の構成要素によって抽出され、操作される。他の実施形態では、イオン源はワークピースに近接して位置し、イオンはイオン源からワークピースの方へ引きつけられる。

【0003】

いくつかの実装形態では、様々なパラメータの均一性は厳しく制御される必要があり得る。たとえば、いくつかの適用例において、ウエハ幅（ＷｉＷ：Ｗｉｄｔｈ ｉｎ Ｗａｆｅｒ）エッチング速度が３～５％（３シグマ値）以内またはそれよりも良いことが望ましいことがある。しかしながら、その幅にわたるビーム電流の変動および他の現象により、これは、達成することが困難であり得る。

【0004】

たとえば、リボンイオンビームの場合、これらのリボンビームは、特にリボンビームの端部において、Ｘ方向における不均一なビーム電流を有することが一般的である。

【0005】

さらに、多くの核種についてのエッチング速度は温度依存性であることが知られている。例として、ＣＦ_４ベースの化学的性質を用いて酸化物膜をエッチングすると、エッチング速度はプラテン温度と直接的関係を有することがわかる。ＣＨ_３Ｆベースの化学的性質を用いて窒化物膜をエッチングすると、エッチング速度はプラテン温度と反比例関係を有することがわかる。ワークピースの外側エッジは一般にワークピースの中心部分よりもやや低温であるので、均一なワークピース温度を維持することには問題があり得る。さらに、ワークピースのエッジとワークピースホルダとの間の界面は、プラズマシース、エッチャント濃度、または他のパラメータに影響を及ぼし得る。

【0006】

したがって、走査されるリボンイオンビームを使用して所望のエッチング速度均一性を達成するためのシステムおよび方法があれば有益であろう。さらに、システムが、異なるエッチング核種に容易に適応可能であれば有益であろう。

【発明の概要】

【0007】

ワークピースを均一にエッチングするためのシステムおよび方法が開示される。本システムは、リボンイオンビームを生成する半導体処理システムと、リボンイオンビームでワークピースを走査するワークピースホルダとを含む。ワークピースホルダは、ワークピースの異なる領域の温度が別個に制御され得るように、複数の独立して制御されるサーマルゾーンを含む。いくつかの実施形態では、エッチング速度均一性は、半径方向不均一性とも呼ばれる、ワークピースの中心からの距離の関数であり得る。さらに、ワークピースが走査されるとき、直線不均一性と呼ばれる、並進方向におけるエッチング速度均一性の問題もあり得る。本ワークピースホルダは、半径方向エッチング速度不均一性と直線エッチング速度不均一性の両方を補償するための、複数の独立して制御されるサーマルゾーンを備える。

【0008】

一実施形態によれば、ワークピースホルダが開示される。ワークピースホルダは、内側サーマルゾーンと、内側サーマルゾーンを囲む少なくとも１つの同心リングとを備え、少なくとも１つの同心リングのうちの少なくとも１つが複数の外側サーマルゾーンに分割されている。いくつかの実施形態では、内側サーマルゾーンと複数の外側サーマルゾーンとは独立して制御され得る。いくつかの実施形態では、内側サーマルゾーンおよび各外側サーマルゾーン中に加熱要素が埋め込まれる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの同心リングのうちの１つは放射状スポークを使用して分割される。いくつかのさらなる実施形態では、複数の外側サーマルゾーンは等しいサイズである。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの同心リングのうちの１つは水平境界と垂直境界とを使用して分割される。

【0009】

別の実施形態によれば、エッチングシステムが開示される。エッチングシステムは、リボンイオンビームを生成するための半導体処理システムと、ワークピースホルダと、リボンイオンビームを通してワークピースホルダを移動させるための走査モーターとを備え、ワークピースホルダは、半径方向エッチング速度不均一性と直線エッチング速度不均一性の両方を補償するための複数のサーマルゾーンを備える。いくつかの実施形態では、ワークピースホルダは、内側サーマルゾーンと、内側サーマルゾーンを囲む少なくとも１つの同心リングとを備え、少なくとも１つの同心リングのうちの少なくとも１つは複数の外側サーマルゾーンに分割されている。いくつかの実施形態では、内側サーマルゾーンと複数の外側サーマルゾーンとは独立して制御され得る。いくつかの実施形態では、内側サーマルゾーンおよび各外側サーマルゾーン中に加熱要素が埋め込まれる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの同心リングのうちの１つは放射状スポークを使用して分割される。いくつかのさらなる実施形態では、複数の外側サーマルゾーンは等しいサイズである。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの同心リングのうちの１つは水平境界と垂直境界とを使用して分割される。いくつかの実施形態では、ワークピースホルダは、中央サーマルゾーンと、中央サーマルゾーンの両側に配設された１つまたは複数の水平サーマルゾーンとを備える。いくつかの実施形態では、エッチングシステムは、複数のサーマルゾーンと連絡している複数の電源を備えるサーマルコントローラと、サーマルコントローラと連絡しているコントローラとを備え、ワークピースタイプおよびエッチング核種がコントローラに入力され、サーマルコントローラは、所望の温度プロファイルを達成するために複数のサーマルゾーンに電力を供給する。

【0010】

別の実施形態によれば、エッチングシステムが開示される。エッチングシステムは、リボンイオンビームを生成するための半導体処理システムと、ワークピースホルダと、リボンイオンビームを通してワークピースホルダを移動させるための走査モーターとを備え、ワークピースホルダは、直線エッチング速度不均一性を補償するための複数のサーマルゾーンを備える。いくつかの実施形態では、ワークピースホルダは、中央サーマルゾーンと、中央サーマルゾーンの両側に配設された１つまたは複数の垂直サーマルゾーンとを備える。いくつかの実施形態では、中央サーマルゾーンと１つまたは複数の垂直サーマルゾーンとは独立して制御され得る。いくつかの実施形態では、中央サーマルゾーンおよび１つまたは複数の垂直サーマルゾーンの各々の中に加熱要素が埋め込まれる。いくつかの実施形態では、エッチングシステムは、複数のサーマルゾーンと連絡している複数の電源を備えるサーマルコントローラと、サーマルコントローラと連絡しているコントローラとを備え、ワークピースタイプおよびエッチング核種がコントローラに入力され、サーマルコントローラは、所望の温度プロファイルを達成するために複数のサーマルゾーンに電力を供給する。

【0011】

本開示のより良い理解のために、参照により本明細書に組み込まれる添付の図面を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態による半導体処理システムである。

【図2】第２の実施形態による半導体処理システムである。

【図3A-3E】様々なエッチング核種とワークピースタイプとについてのエッチング速度マップを示す図である。

【図4】マルチゾーン被加熱ワークピースホルダの第１の実施形態である。

【図5A-5E】様々なエッチング速度マップについての図４のワークピースホルダについての加熱パターンを示す図である。

【図6】マルチゾーン被加熱ワークピースホルダの第２の実施形態である。

【図7】マルチゾーン被加熱ワークピースホルダの第３の実施形態である。

【図8A-8E】様々なエッチング速度マップについての図７のワークピースホルダについての加熱パターンを示す図である。

【図9】マルチゾーン被加熱ワークピースホルダの第４の実施形態である。

【図10】マルチゾーン被加熱ワークピースホルダの第５の実施形態である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

上記のように、本システムは、リボンイオンビームで走査されるワークピースを採用するシステムにおけるエッチング速度均一性を改善するために使用され得る。

【0014】

半導体処理システム１は、複数のチャンバ壁１０１から構成されるイオン源チャンバ１００を含むイオン源を備える。いくつかの実施形態では、これらのチャンバ壁１０１のうちの１つまたは複数は石英などの誘電体材料から構築され得る。ＲＦアンテナ１１０が第１の誘電体壁１０２の外面上に配設され得る。ＲＦアンテナ１１０はＲＦ電源１２０によって電力供給され得る。ＲＦアンテナ１１０に供給されるエネルギーは、ガス入口１３０を介して導入される供給ガスをイオン化するためにイオン源チャンバ１００内で放射される。

【0015】

抽出プレート１０４と呼ばれる１つのチャンバ壁は、イオンビーム１０６が通ってイオン源チャンバ１００から脱出し得る抽出開孔１０５を含む。イオンビーム１０６は、Ｘ方向とも呼ばれる水平方向において、高さ方向よりもはるかに広いことがある。これらの特性を有するイオンビームはリボンイオンビームと呼ばれることがある。抽出プレート１０４は、チタン、タンタルまたは別の金属など、導電性材料から構築され得る。抽出プレート１０４は、幅が３００ミリメートルを超えることがある。さらに、抽出開孔１０５は、Ｘ方向においてワークピース１０の直径よりも広いことがある。この抽出プレート１０４は抽出電圧でバイアスされ得る。他の実施形態では、抽出プレート１０４は接地され得る。

【0016】

半導体処理システム１に加えて、ワークピースホルダ１５５がある。ワークピースホルダ１５５は抽出開孔１０５に近接して配設され得る。ワークピースホルダ１５５上にワークピース１０が配設され得る。ワークピースホルダ１５５は、垂直方向１７１に移動する走査モーター１６０を使用して走査される。この方向はＹ方向とも呼ばれる。したがって、ワークピースホルダ１５５は、イオンビーム１０６とワークピースホルダ１５５との間に相対垂直移動があるように構成される。

【0017】

ワークピース１０を囲んでいるのは、ハロー（ｈａｌｏ）と呼ばれることもあるシールド１６５である。シールド１６５は、ワークピース１０を囲み、ワークピース１０のロケーションに対応するその中心に開口を有する。シールド１６５は金属などの導電性材料から構築され得る。シールド１６５は、チタン、シリコン、炭化ケイ素または別の材料から製造され得る。シールド１６５はワークピースホルダ１５５の一部であると考えられ得る。

【0018】

シールド１６５およびワークピースホルダ１５５は、ワークピースバイアス電源１７０を使用してバイアスされ得る。いくつかの実施形態では、ワークピースバイアス電源１７０からの出力は、５ｋＨｚと５０ｋＨｚとの間の周波数と、１００～５０００ボルトの振幅とを有するパルス化ＤＣ電圧である。

【0019】

上記の開示では、ワークピースバイアス電源１７０からの出力をパルス化ＤＣ電圧であるとして説明したが、抽出プレート１０４をバイアスする抽出電圧電源がパルス化ＤＣ出力を与える間、ワークピースバイアス電源１７０は一定であり得ることを理解されたい。

【0020】

パルス化されると、ワークピースホルダ１５５とシールド１６５とに印加される電圧は、抽出プレート１０４に印加される電圧よりも負である。言い換えれば、抽出プレート１０４が接地されている場合、ワークピースバイアス電源１７０は負パルスを生成する。これらの負パルス期間中に、正イオンがイオン源チャンバ１００の内部からワークピース１０に引きつけられる。抽出プレート１０４が正にバイアスされた場合、ワークピースバイアス電源１７０は、正イオンがこれらのパルス期間中にイオン源チャンバ１００の内部からワークピース１０に引きつけられるように、より少ない正パルスまたは負パルスを生成する。

【0021】

サーマルコントローラ１９０もワークピースホルダ１５５と連絡していてよい。サーマルコントローラは、以下でより詳細に説明するように、ワークピースホルダ１５５中の複数のサーマルゾーンの各々に電圧または電流を供給する複数の電源を備え得る。

【0022】

コントローラ１８０が、ワークピースバイアス電源１７０、ワークピースホルダ１５５、サーマルコントローラ１９０および他の構成要素と連絡していてよい。コントローラ１８０は、マイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ、専用コントローラ、または別の好適な処理ユニットなど、処理ユニット１８１を含み得る。コントローラ１８０はまた、半導体メモリ、磁気メモリ、または別の好適なメモリなど、非一時的記憶要素１８２を含み得る。この非一時的記憶要素１８２は、命令１８３と、コントローラ１８０が本明細書で説明する機能を実行することを可能にする他のデータとを含み得る。コントローラ１８０は、それぞれ走査モーター１６０およびサーマルコントローラ１９０を介して、ワークピースホルダ１５５の動きを制御することと、ワークピースホルダ１５５の温度を制御することとが可能であり得る。

【0023】

もちろん、他の構成も採用され得る。たとえば、図２は、プラズマがその中で生成されるイオン源チャンバを画定する複数のチャンバ壁を備えるイオン源２００を含む異なるタイプの半導体処理システム２を示す。いくつかの実施形態では、イオン源２００はＲＦイオン源であり得る。この実施形態では、ＲＦアンテナが誘電体窓に対して配設され得る。この誘電体窓はチャンバ壁のうちの１つの一部または全部を備え得る。ＲＦアンテナは銅などの導電性材料を備え得る。ＲＦ電源がＲＦアンテナと電気的に連絡している。ＲＦ電源はＲＦアンテナにＲＦ電圧を供給し得る。ＲＦ電源によって供給される電力は、０．１ｋＷと１０ｋＷとの間であり得、１ＭＨｚと１００ＭＨｚとの間など、任意の好適な周波数であり得る。さらに、ＲＦ電源によって供給される電力はパルス化され得る。

【0024】

別の実施形態では、イオン源チャンバ内にカソードが配設される。フィラメントがカソードの後ろに配設され、電子を放出するように通電される。これらの電子はカソードに引きつけられ、カソードは、イオン源チャンバ中に電子を放出する。カソードは、フィラメントから放出された電子によって間接的に加熱されるので、このカソードは傍熱型カソード（ＩＨＣ：ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ ｈｅａｔｅｄ ｃａｔｈｏｄｅ）と呼ばれることがある。

【0025】

他の実施形態も可能である。たとえば、プラズマは、バーナス（Ｂｅｒｎａｓ）イオン源、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）源、マイクロ波または電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：ｅｌｅｃｔｒｏｎ－ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）イオン源によってなど、異なる様式で生成され得る。プラズマが生成される様式は本開示によって限定されない。

【0026】

抽出プレートと呼ばれる１つのチャンバ壁は抽出開孔を含む。抽出開孔は、イオン源チャンバ中で生成されたイオン２０１が通って抽出され、質量分析器を通ってワークピース１０の方に導かれる開口であり得る。抽出開孔は任意の好適な形状であり得る。いくつかの実施形態では、抽出開孔は、高さ（ｙ寸法）と呼ばれる第２の寸法よりもはるかに大きいことがある、幅（ｘ寸法）と呼ばれる１つの寸法を有する楕円形または長方形であり得る。

【0027】

イオン源２００の抽出開孔の外側に、それに近接して、抽出オプティクス２１０が配設されている。いくつかの実施形態では、抽出オプティクス２１０は１つまたは複数の電極を備える。各電極は、その中に配設された開孔をもつ単一の導電性構成要素であり得る。代替的に、各電極は、２つの構成要素間に開孔を生成するように離間した２つの導電性構成要素から構成され得る。電極は、タングステン、モリブデンまたはチタンなど、金属であり得る。電極のうちの１つまたは複数は接地に電気的に接続され得る。いくつかの実施形態では、電極のうちの１つまたは複数は電極電源を使用してバイアスされ得る。電極電源は、抽出開孔を通してイオンを引きつけるように、イオン源に対して電極のうちの１つまたは複数をバイアスするために使用され得る。抽出開孔と抽出オプティクス中の開孔とは、イオン２０１が両方の開孔を通るように整合させられる。

【0028】

抽出オプティクス２１０から下流には質量分析器２２０が位置する。質量分析器２２０は、抽出されたイオン２０１の経路を案内するために磁界を使用する。磁界はイオンの質量と電荷とに応じてイオンの飛行経路に影響を及ぼす。分解開孔２３１を有する質量分解（ｍａｓｓ ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ）デバイス２３０が質量分析器２２０の出力または遠位端に配設される。磁界の適切な選択によって、選択された質量と電荷とを有するそれらのイオン２０１のみが分解開孔２３１を通って導かれる。他のイオンは、質量分解デバイス２３０または質量分析器２２０の壁に当たり、システム中でそれ以上進行しない。

【0029】

いくつかの実施形態では、質量分析器２２０を通るイオンはスポットビームを形成し得る。

【0030】

スポットビームは、次いで、質量分解デバイス２３０から下流に配設されたスキャナ２４０に入り得る。スキャナ２４０はスポットビームを複数の発散ビームレット（ｄｉｖｅｒｇｅｎｔ ｂｅａｍｌｅｔ）にファンアウト（ｆａｎ ｏｕｔ）させる。スキャナ２４０は静電式または磁気式であり得る。

【0031】

他の実施形態では、質量分析器２２０を通るイオンはリボンイオンビームを形成し得、広いビームが半導体処理システム全体にわたって移送される。たとえば、リボンビームがイオン源２００から抽出され得る。この実施形態では、スキャナ２４０は不要である。

【0032】

いくつかの実施形態では、コリメータ磁石２５０が、次いで、これらの発散ビームレットを、ワークピース１０の方に導かれる複数の平行ビームレットに変換する。

【0033】

この半導体処理システムからの出力は、ワークピース１０の方に導かれるリボンイオンビームである。

【0034】

ワークピース１０は、コリメータ磁石２５０から下流に配設された可動ワークピースホルダ２６０上に配設される。ワークピースホルダ２６０は、リボンイオンビームの長い方の寸法に直角な方向に移動する走査モーター１６０を使用して走査される。

【0035】

いくつかの実施形態では、イオンビームの方向はＺ方向と呼ばれ、この方向に直角で水平な方向はＸ方向と呼ばれることがあり、Ｚ方向に直角で垂直な方向はＹ方向と呼ばれることがある。この例では、リボンイオンビームの広い方の寸法はＸ方向であり、可動ワークピースホルダ２６０は走査モーター１６０によってＹ方向に並進させられると仮定している。

【0036】

サーマルコントローラ１９０もワークピースホルダ２６０と連絡していてよい。サーマルコントローラ１９０は、以下でより詳細に説明するように、ワークピースホルダ２６０中の複数のサーマルゾーンの各々に電圧または電流を与える複数の電源を備え得る。

【0037】

システムを制御するために、上記で説明したものなど、コントローラ１８０が使用され得る。コントローラ１８０の実際の実装形態は本開示によって限定されない。

【0038】

コントローラ１８０は、以下でより詳細に説明するように、可動ワークピースホルダ２６０、サーマルコントローラ１９０および他の構成要素と連絡していてよい。

【0039】

したがって、本明細書で説明した可動ワークピースホルダを利用し得る様々な半導体処理システムがある。

【0040】

上記のように、２つのタイプのエッチング速度不均一性があり得る。半径方向不均一性と呼ばれる第１のエッチング速度不均一性はワークピースのエッジにおける不連続性の結果である。これらの不連続性は、化学的、熱的または電気的であり得る。たとえば、図１に関して説明したように、ワークピース１０の周りにシールドがあり得る。シールドを構築するために使用される材料がワークピースよりも化学エッチングに対する耐性が高い場合、この界面において利用可能なエッチング核種が余ることがあり、これにより、ワークピースの外側エッジのエッチングがより速くなり得る。反対に、シールドを構築するために使用される材料がワークピースよりも化学エッチングに対する耐性が低い場合、シールドはシンクの働きをし得、この界面において利用可能なエッチング核種が不足することがあり、これによりワークピースの外側エッジのエッチングがより遅くなり得る。シールドの誘電率がワークピースと異なる場合、ワークピースのエッジにおいて電界のひずみがあることがある。このひずみは、抽出バイアスがパルス化された際に、ワークピース１０のエッジからイオンを引きつけるか、またははね返し得る。さらに、シールドがワークピースよりも低温である場合、シールドは重合性ガスの化学反応からより速い速度で堆積を収集し得、そのことはワークピースのエッジにおけるエッチング速度に影響を及ぼすこともある。

【0041】

第２のタイプの不均一性は直線不均一性と呼ばれる。上述のように、ワークピース１０はリボンイオンビームでＹ方向において走査される。しばしば、Ｘ方向におけるリボンイオンビームのビーム電流プロファイルは一定でない。むしろ、しばしば、リボンイオンビームの端部に近い電流プロファイルは、リボンイオンビームの中心に近い電流プロファイルよりも低いまたは大きいことがある。

【0042】

図３Ａ～図３Ｅは、エッチング核種とワークピースタイプとの５つの異なる組合せについてのエッチング速度マップを示す。これらのエッチング速度マップは、エッチング動作の前に複数のロケーションにおいてワークピースの厚さを測定し、エッチング動作の後にそれらの同じロケーションの厚さを測定することによって生成される。領域２８０は他の領域よりも大きい程度までエッチングされる。領域２８２は他の領域よりも小さい程度までエッチングされる。領域２８１は、エッチング速度がこれらの２つの極端間にあるエリアである。

【0043】

これらのエッチング速度マップの各々は、半径方向不均一性、直線不均一性、または２つのタイプの不均一性の重ね合わせを表示することに留意されたい。特に、図３Ａおよび図３Ｃは主に直線不均一性を示す。図３Ｂおよび図３Ｄは主に半径方向不均一性を示す。図３Ｅは両方のタイプの不均一性を示す。詳細には、図３Ｅでは、外側エッジをワークピースの中心よりも多くエッチングさせる半径方向不均一性がある。さらに、リボンイオンビームの端部をイオンビームの中心よりも少なくエッチングさせる直線不均一性がある。これらの２つの不均一性が組み合わせられると、ワークピースの上部エッジおよび底部エッジのみがワークピースの残部よりも多くエッチングされる。

【0044】

図４は、一実施形態による、半径方向および／または直線不均一性を補償するために使用され得るワークピースホルダ３００の正面図を示す。ワークピースホルダ３００は、複数の独立して制御されるサーマルゾーンを備える。サーマルゾーンは、独立して制御され、選択された温度に維持される、ワークピースホルダのエリアとして画定される。

【0045】

図３Ａ～図３Ｅでは、５つのサーマルゾーンが画定されている。内側サーマルゾーン３０１は、その中心がワークピースの中心に対応する円形エリアである。内側サーマルゾーン３０１の半径はワークピースの半径よりも小さい。同心リングが半径方向に内側サーマルゾーン３０１を越えて延びる。この同心リングは２つ以上のサーマルゾーンに分割され得る。たとえば、図４は、４つの外側サーマルゾーン３０２～３０５に分割された同心リングを示す。いくつかの実施形態では、外側サーマルゾーンの各々は等しいサイズである。たとえば、図４における外側サーマルゾーン間の境界は４５°、１３５°、２２５°および３１５°にある。しかしながら、他のサイズも可能である。たとえば、２つの外側サーマルゾーン３０２、３０４は他の２つの外側サーマルゾーン３０３、３０５よりも大きいまたは小さいことがある。たとえば、２つの外側サーマルゾーン３０２、３０４が他の２つの外側サーマルゾーンよりも大きくなる場合、外側サーマルゾーン間の境界は６０°、１２０°、２４０°および３００°にあり得る。同様に、２つの外側サーマルゾーン３０２、３０４が他の２つの外側サーマルゾーンよりも小さくなる場合、外側サーマルゾーン間の境界は３０°、１５０°、２１０°および３３０°にあり得る。

【0046】

いくつかの実施形態では、これらの外側サーマルゾーン３０２～３０５の各々は独立して制御され得る。他の実施形態では、２つ以上の外側サーマルゾーンが共通に制御され得る。たとえば、リボンイオンビームの端部がワークピースに当たるロケーションに対応する２つの外側サーマルゾーン３０２、３０４は共通に制御され得る。同様に、他の２つの外側サーマルゾーン３０３、３０５は共通に制御され得る。

【0047】

これらのサーマルゾーンはいくつかの方法で実装され得る。一実施形態では、各サーマルゾーン中に１つまたは複数の加熱要素が埋め込まれる。特定のサーマルゾーン中のすべての加熱要素は共通に制御され得る。たとえば、１つのサーマルゾーン中の加熱要素のすべてにサーマルコントローラ１９０によって同じ電流または電圧が供給され得る。動作中に、サーマルコントローラ１９０によって与えられる電力が、電線を通って、電気エネルギーを熱に変換する加熱要素に供給される。実際の温度を測定し、サーマルコントローラ１９０にフィードバックを与えるために、温度センサが各サーマルゾーン中に配設され得る。このようにして、各サーマルゾーンはその所望の温度に維持され得る。

【0048】

したがって、一実施形態では、コントローラ１８０は、使用されているエッチング核種ならびにワークピースのタイプについての情報を受信する。この情報は、キーボードまたはタッチスクリーンなど、入力デバイスを介して入力され得る。この情報に基づいて、コントローラ１８０は、ワークピースホルダ３００中のサーマルゾーンの各々の所望の温度をサーマルコントローラ１９０に知らせる。サーマルコントローラ１９０は、次いで、所望の温度プロファイルを達成するために各サーマルゾーンに電力を供給する。

【0049】

たとえば、図５Ａ～図５Ｅは、それぞれ図３Ａ～図３Ｅのエッチング速度マップ、および各々についての対応する温度プロファイルを示す。図５Ａおよび図５Ｃでは、左側エッジおよび右側エッジに沿ったエッチング速度はワークピース上の他のロケーションよりも小さいことに留意されたい。したがって、この状況では、外側サーマルゾーン３０２、３０４は他のサーマルゾーンとは異なる温度に設定される。多くのワークピースおよびエッチング核種について、エッチング速度は温度に正比例する。したがって、ワークピースの左側エッジおよび右側エッジに沿ったエッチング速度を上げるために、外側サーマルゾーン３０２、３０４は他のサーマルゾーンよりも高い温度に設定される。もちろん、いくつかのエッチング化学反応について、エッチング速度は温度と反比例関係を有する可能性がある。この場合、ワークピースの左側エッジおよび右側エッジに沿ったエッチング速度を上げるために、外側サーマルゾーン３０２、３０４は、他のサーマルゾーンよりも低い温度に設定される。

【0050】

図５Ｂおよび図５Ｄは半径方向不均一性を示し、外側エッジはワークピースの残部よりも低いエッチング速度を有する。これらの場合、外側サーマルゾーン３０２～３０５のすべてが内側サーマルゾーン３０１とは異なる温度に維持される。エッチング速度が温度に正比例する場合、外側サーマルゾーン３０２～３０５は内側サーマルゾーン３０１よりも高い温度に設定される。エッチング速度が温度に反比例する場合、外側サーマルゾーン３０２～３０５は内側サーマルゾーン３０１よりも低い温度に設定される。

【0051】

図５Ｅは、ワークピースの上部エッジおよび底部エッジがワークピースの残部よりも高いエッチング速度を有する例を示す。したがって、エッチング速度が温度に正比例する場合、外側サーマルゾーン３０３、３０５は、サーマルゾーンの残部よりも低い温度に設定される。エッチング速度が温度に反比例する場合、外側サーマルゾーン３０３、３０５は、サーマルゾーンの残部よりも高い温度に設定される。

【0052】

したがって、図４のワークピースホルダ３００は、半径方向不均一性と直線不均一性の両方を補償するために使用され得る。

【0053】

もちろん、他の設計が採用され得る。図６は、内側サーマルゾーン４０１と、４つの外側サーマルゾーン４０２～４０５と、４つの中間サーマルゾーン４０６～４０９とを含む、別のワークピースホルダ４００を示す。この設計により、特に半径方向不均一性に対して、グラニュラリティ（ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ）の向上が可能になり得る。代替実施形態では、４つの中間サーマルゾーン４０６～４０９は単一の中間ゾーンと置き換えられる。

【0054】

言い換えれば、ワークピースホルダは、内側サーマルゾーンと、内側サーマルゾーンを囲む１つまたは複数の同心リングとを備え得、それらの同心リングのうちの１つまたは複数は複数のサーマルゾーンに分割される。同心リングの数は、本開示によって限定されず、１以上の任意の数であり得る。同様に、同心リングが分割される複数のサーマルゾーンは、本開示によって限定されず、１よりも大きい任意の数であり得る。さらに、特定の同心リング中のサーマルゾーンの数は、異なる同心リング中のサーマルゾーンの数と同じであるか、またはそれと異なり得る。上記で説明したように、この構成は、半径方向不均一性と直線不均一性の両方を補償するのに有効である。

【0055】

図７は、半径方向不均一性と直線不均一性の両方を補償するために使用され得る別の設計を示す。図４および図６と同様に、このワークピースホルダ５００は、内側サーマルゾーンと１つまたは複数の同心円とを備え、それらの同心リングのうちの少なくとも１つは複数のサーマルゾーンに分割される。それらの実施形態では、同心リング中のサーマルゾーンの境界は放射状スポークを使用して生成された。この実施形態では、外側同心リング中のサーマルゾーンの境界は水平セグメントと垂直セグメントとを使用して生成される。したがって、この実施形態では、内側サーマルゾーンと、内側サーマルゾーンを囲む少なくとも１つの同心リングとがあり、同心リングのうちの少なくとも１つは垂直境界と水平境界とを使用して分割される。水平境界および垂直境界は、交差点において円形内側境界に接触し、接する、互いに直角である境界を指す。さらに、これらの境界は、交差点を通る半径に直角である。図７のワークピースホルダ５００中には、内側サーマルゾーン５０１と、第１の中間同心サーマルゾーン５０２と、８つの外側サーマルゾーン５０３～５１０に分割された外側同心リングとがある。もちろん、外側同心リング中のサーマルゾーン間の境界は垂直および水平でないことがある。この図は１つの可能な実装形態を示す。図７のワークピースホルダ５００は、半径方向不均一性と直線不均一性の両方を補償するために使用され得る。図８Ａ～図８Ｅは、ワークピースホルダ５００の対応する熱プロファイルとともに、図３Ａ～図３Ｅに提示された５つのエッチング速度マップを示す。

【0056】

この設計は、前の設計よりも多いグラニュラリティを提供する。図８Ａでは、エッチング速度が温度に正比例する場合、外側サーマルゾーン５０３、５０７は、サーマルゾーンの残部よりも高い温度に設定される。エッチング速度が温度に反比例する場合、外側サーマルゾーン５０３、５０７は、サーマルゾーンの残部よりも低い温度に設定される。

【0057】

図８Ｂでは、エッチング速度が温度に正比例する場合、外側サーマルゾーン５０３～５１０は、サーマルゾーンの残部よりも高い温度に設定され、第１の中間同心サーマルゾーン５０２は、内側サーマルゾーン５０１よりも高い温度に設定される。エッチング速度が温度に反比例する場合、外側サーマルゾーン５０３～５１０は、サーマルゾーンの残部よりも低い温度に設定され、第１の中間同心サーマルゾーン５０２は、内側サーマルゾーン５０１よりも低い温度に設定される。

【0058】

図８Ｄについてのパターンは図８Ｂについてのパターンと同様であるが、第１の中間同心サーマルゾーン５０２は内側サーマルゾーン５０１と同じ温度に維持され得る。

【0059】

図８Ｃでは、エッチング速度が温度に正比例する場合、外側サーマルゾーン５０３、５０４、５０６～５０８、５１０は、サーマルゾーンの残部よりも高い温度に設定され、外側サーマルゾーン５０５、５０９は、内側サーマルゾーン５０１よりも高い温度に設定される。エッチング速度が温度に反比例する場合、外側サーマルゾーン５０３、５０４、５０６～５０８、５１０は、サーマルゾーンの残部よりも低い温度に設定され、外側サーマルゾーン５０５、５０９は、内側サーマルゾーン５０１よりも低い温度に設定される。

【0060】

図８Ｅでは、エッチング速度が温度に正比例する場合、外側サーマルゾーン５０５、５０９は、サーマルゾーンの残部よりも低い温度に設定される。エッチング速度が温度に反比例する場合、外側サーマルゾーン５０５、５０９は、サーマルゾーンの残部よりも高い温度に設定され、外側サーマルゾーン５０５、５０９は、内側サーマルゾーン５０１よりも低い温度に設定される。

【0061】

上記のワークピースホルダは、半径方向不均一性と直線不均一性の両方に適応するように設計されているが、１つのタイプの不均一性のみを補正するために他のワークピースホルダが利用され得る。たとえば、図９は、直線不均一性を補正するために使用され得るワークピースホルダ６００を示す。この実施形態では、ワークピースホルダ６００は、中央サーマルゾーン６０１と、中央サーマルゾーン６０１の両側に配設された１つまたは複数の垂直サーマルゾーンとを有する。この実施形態では、中央サーマルゾーン６０１の両側に２つの垂直サーマルゾーンがある。もちろん、より多いまたはより少ない垂直サーマルゾーンがあり得る。最外垂直サーマルゾーン６０２、６０５はリボンイオンビームの端部の近くに配置される。中間垂直サーマルゾーン６０３、６０４は中央サーマルゾーン６０１と最外垂直サーマルゾーンとの間に配置される。

【0062】

このワークピースホルダ６００は、図３Ａおよび図３Ｃに示されたエッチング速度マップを補償するために使用され得る。さらに、ワークピースホルダ６００が１／４回転された場合、ワークピースホルダ６００は、図３Ｅに示されたエッチング速度マップを補償するために使用され得る。この場合、ワークピースホルダは、中央サーマルゾーンと、中央サーマルゾーンの両側に配設された１つまたは複数の水平サーマルゾーンとを備える。したがって、図９は、リボンイオンビームの直線不均一性を補償するために走査システム中で使用され得る、サーマルゾーンを有するワークピースホルダの一例を示す。

【0063】

図１０は、半径方向不均一性を補償するために使用され得るワークピースホルダ７００を示す。このワークピースホルダ７００は、図４に示されたものと同様であるが、同心リングのうちのいずれも複数のサーマルゾーンに分割されない。言い換えれば、内側サーマルゾーン７０１と複数の同心サーマルゾーンとがある。各同心リング７０２～７０４は同心サーマルゾーンを表す。このワークピースホルダ７００は、図３Ｂおよび図３Ｄに示されたエッチング速度マップを補償するために使用され得る。

【0064】

サーマルコントローラ１９０はいくつかの方法で実装され得る。一実施形態では、ワークピースホルダ中の各サーマルゾーンは、対応する専用の電源を有する。他の実施形態では、いくつかのサーマルゾーンが常に同じ温度に設定され得る。これらの実施形態では、２つ以上のサーマルゾーンに電力を供給するために単一の電源が使用され得る。

【0065】

別の実施形態では、サーマルコントローラ１９０は電力レベルごとに１つの電源を有し得る。これらの電源の出力は複数のスイッチまたはマルチプレクサへの入力として使用され、各スイッチは、各サーマルゾーンにどの出力が印加されるかを選択するために使用される。

【0066】

本出願において上記で説明した実施形態は多くの利点を有し得る。上記のように、いくつかのプロセスは、３％以下の３シグマ値など、ワークピース全体にわたるエッチング速度について極めて厳しい許容差を利用する。ワークピースの様々な領域の温度を操作することによって、各領域に関連付けられたエッチング速度は、ワークピース全体にわたってより均一な結果を達成するように変更され得る。たとえば、１つの実験では、エッチング不均一性は、図３Ａに示されているように、均一なプラテン温度を使用して６％の３シグマ値を呈した。図５Ａに示されたマルチゾーンプラテン温度制御を利用することによって、エッチング不均一性を低減し、３％以下の３シグマ値を達成することができる。言い換えれば、マルチゾーンプラテン温度制御は、均一なプラテン温度と比較して、エッチング不均一性の３シグマ値を２倍以上低減し得る。

【0067】

本開示は、本明細書で説明した特定の実施形態によって範囲が限定されるべきでない。実際、本明細書で説明したものに加えて、本開示の他の様々な実施形態および本開示への改変が上記の説明および添付の図面から当業者に明らかになろう。したがって、そのような他の実施形態および改変は本開示の範囲内に入るものである。さらに、本明細書では、本開示について、特定の目的のための特定の環境における特定の実装形態のコンテキストにおいて説明したが、当業者は、その有用性がそれに限定されず、本開示が任意の数の目的のために任意の数の環境において有益に実装され得ることを認識されよう。したがって、以下に記載する特許請求の範囲は、本明細書で説明した本開示の全範囲および趣旨に鑑みて解釈されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図6】

【図7】

【図8A-8E】

【図9】

【図10】