TWI667719B - 蝕刻基板的方法、蝕刻裝置結構的方法以及處理設備 - Google Patents

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Abstract

在一個實施例中，一種蝕刻基板的方法包含使用處理設 備的控制設置的第一設定將第一離子束導引穿過所述處理設備的提取板到所述基板。所述方法可進一步包含：檢測來自所述基板的信號，所述信號指示由所述第一離子束蝕刻的材料的從第一材料到第二材料的改變，基於所述第二材料將所述處理設備的控制設置調整到不同於所述控制設置的第一設定的控制設置的第二設定，及使用所述控制設置的第二設定將第二離子束導引穿過所述提取板到所述基板。

Description

蝕刻基板的方法、蝕刻裝置結構的方法以及處 理設備
本實施例涉及使用離子束的基板蝕刻，且更確切地說涉及蝕刻多層基板以產生圖案化結構。
如今許多裝置的製造常常需要蝕刻多個層來定義裝置特徵。舉例來說，從不同層中包含多個不同材料的層堆疊製造例如磁性隨機存取記憶體(magnetic random access meory；MRAM)或其它高級記憶體裝置等一些記憶體裝置，所述不同材料包含金屬或金屬合金。此層堆疊的蝕刻歸因於層堆疊內的非揮發性材料(例如，Co、Pt或Fe)的存在而遭受許多挑戰。由於此材料的非揮發性性質，用於圖案化MRAM層堆疊的蝕刻處理主要依賴於物理蝕刻機制。
在用以定義MRAM單元的圖案化罩幕材料形成於基板上之後，罩幕蝕刻速率可類似於暴露的層堆疊材料的蝕刻速率，而 導致罩幕的顯著腐蝕。對於給定罩幕厚度而言即限制了可蝕刻的層堆疊的厚度。例如90nm(奈米)的TiN或W可用作用於蝕刻30nm的MRAM層的硬罩幕。另外，從層堆疊蝕刻的材料(包含金屬材料)可再沉積於所形成的圖案化特徵(例如記憶體單元)的側壁上，而導致單元的臨界尺寸的增加，例如從25nm到40nm。歸因於在蝕刻期間的離子撞擊/混合，金屬殘渣可形成於凹陷氧化物的邊緣處，而導致金屬層之間的短路。此外，此些單元中的驟降度(abruptness)的缺乏及側壁損壞可降低將要形成的MRAM裝置的性能。
解決這些問題的當前嘗試包含使用多角度離子蝕刻來改進圖案化特徵的輪廓驟降度，且減少再沉積。然而，此情形可涉及基於時間的蝕刻，其並非可考慮到層堆疊厚度的變化或蝕刻速率隨時間的變動的一種健全處理。這與本實施例可需要的這些及其它考慮因素相關。
提供此發明內容而以簡化形式引入下文在具體實施方式中進一步描述的概念選擇。此發明內容並非意圖確認所主張的標的的關鍵特徵或基本特徵，並且也非意圖輔助確定所主張的標的的範圍。
在一個實施例中，一種蝕刻基板的方法包含使用處理設備的控制設置的第一設定將第一離子束導引穿過處理設備的提取 板(extraction plate)到基板。所述方法可進一步包含：檢測來自基板的信號，所述信號指示由第一離子束蝕刻的材料的從第一材料到第二材料的改變；基於第二材料將處理設備的控制設置調整到不同於控制設置的第一設定的控制設置的第二設定；以及使用控制設置的第二設定將第二離子束導引穿過提取板到基板。
在另一實施例中，一種蝕刻裝置結構的方法包含：提供包括安置於基板基底(substrate base)上的層堆疊(layer stack)及安置於層堆疊上的具有多個罩幕特徵(mask feature)的罩幕的基板，所述層堆疊具有包含至少一個金屬層的多個層；以及使用處理設備的控制設置的第一設定將第一離子束導引穿過處理設備的提取板到層堆疊。所述方法可進一步包含：檢測來自層堆疊的光學發射光譜(optical emission spectroscopy；OES)信號，所述OES信號指示在層堆疊中蝕刻的材料的從第一材料到第二材料的改變；基於第二材料將處理設備的控制設置調整到不同於控制設置的第一設定的控制設置的第二設定；以及使用控制設置的第二設定將第二離子束導引穿過提取板到層堆疊。
在另一實施例中，處理設備包含：電漿源(plasma source)，其用以產生電漿室(plasma chamber)中的電漿；提取板，其沿著電漿室的一側安置，所述提取板具有用以在電漿室與基板之間施加偏壓時將離子束導引到基板的孔口(aperture)；以及監視設備，其用以測量來自基板的信號。處理設備還可包含包括指令的至少一個電腦可讀存儲媒體，所述指令在執行時致使處理設 備識別來自基板的第一信號，所述第一信號指示在將第一離子束導引到基板時材料的從第一材料到第二材料的改變，基於第二材料將處理設備的控制設置調整到不同於控制設置的第一設定的控制設置的第二設定，及使用控制設置的第二設定將第二離子束導引穿過提取板到層堆疊。
100‧‧‧處理設備
102‧‧‧電漿源
104‧‧‧電漿室
106‧‧‧氣體管線
108‧‧‧RF產生器
110‧‧‧RF匹配網路
112‧‧‧電漿
114‧‧‧提取板
115‧‧‧電漿鞘邊界
116‧‧‧孔口
117‧‧‧彎月面
118‧‧‧離子束
120‧‧‧基板固持器
122‧‧‧基板
126‧‧‧殼體
130‧‧‧提取電壓系統
132‧‧‧腔室電力供應器
136‧‧‧提取板電力供應器
138‧‧‧基板電力供應器
140‧‧‧絕緣體
142‧‧‧處理室
144‧‧‧監視設備
146‧‧‧信號
148‧‧‧驅動裝置
150‧‧‧控制系統
200‧‧‧層堆疊
202‧‧‧層
204‧‧‧層
206‧‧‧層
208‧‧‧層
210‧‧‧層
212‧‧‧層
214‧‧‧層
216‧‧‧層
218‧‧‧層
220‧‧‧層
222‧‧‧層
224‧‧‧基板基底
230‧‧‧MRAM特徵
232‧‧‧離子束
234‧‧‧罩幕特徵
235‧‧‧頂部表面
236‧‧‧信號
237‧‧‧垂直側壁
238‧‧‧信號
240‧‧‧基板
250‧‧‧MgO信號
252‧‧‧Ru信號
254‧‧‧矽信號
256‧‧‧Ta信號
258‧‧‧Pt信號
260‧‧‧Fe信號
262‧‧‧數據組
264‧‧‧條柱
266‧‧‧條柱
268‧‧‧條柱
270‧‧‧條柱
272‧‧‧條柱
400‧‧‧基板
402‧‧‧離子角分佈(IAD)
404‧‧‧離子角分佈(IAD)
410‧‧‧經蝕刻結構
412‧‧‧層堆疊
414‧‧‧離子束
415‧‧‧垂線
422‧‧‧層
424‧‧‧層
500、600、700、800、1000、1100‧‧‧處理流程
502-510‧‧‧框
602-624‧‧‧框
702-708‧‧‧框
802-816‧‧‧框
900‧‧‧基板
902‧‧‧罩幕特徵
904‧‧‧頂層
906‧‧‧中間層
908‧‧‧底層
910‧‧‧層堆疊
912‧‧‧離子束
914‧‧‧離子束
916‧‧‧離子束
1002-1016‧‧‧框
1102-1114‧‧‧框
1200‧‧‧基板
1220‧‧‧基板
1222‧‧‧罩幕特徵
1224‧‧‧頂層
1226‧‧‧中間層
1228‧‧‧底層
1230‧‧‧層堆疊
1232‧‧‧離子束
1234‧‧‧離子束
1236‧‧‧離子束
1240‧‧‧基板
1242‧‧‧罩幕特徵
1244‧‧‧頂層
1246‧‧‧中間層
1248‧‧‧底層
1250‧‧‧層堆疊
1252‧‧‧離子束
1254‧‧‧離子束
1256‧‧‧離子束
圖1A描繪根據一個實施例的處理設備的側視圖。
圖1B提供描繪圖1A的處理設備的提取板及處理室的一個實施例的俯視圖。
圖2A描繪示範性MRAM層堆疊的側視圖。
圖2B描繪根據一個實施例的蝕刻MRAM結構。
圖3A說明用以監視層堆疊的蝕刻的OES信號的使用。
圖3B描繪依據各種材料的離子入射角的濺射速率。
圖4A描繪可應用於層堆疊的兩個不同層的蝕刻的兩個不同離子角分佈的實例。
圖4B展示將離子束導引到基板以產生經蝕刻結構的實施例。
圖5描繪示範性第一處理流程。
圖6描繪示範性第二處理流程。
圖7描繪示範性第三處理流程。
圖8描繪示範性第四處理流程。
圖9A到9C呈現用於實施與各種實施例一致的動態離子能量控制的一種情境的圖形表示
圖10描繪示範性第五處理流程。
圖11描繪示範性第六處理流程
圖12A到12C呈現用於實施圖10的處理流程的一種情境的圖形表示。
圖12D到12F呈現用於實施圖11的處理流程的一種情境的圖形表示。
現將在下文中參考附圖更全面地描述各種實施例，附圖中示出了一些實施例。然而，本發明的標的可以實施於許多不同形式並且不應解釋為限於本文所闡述的實施例。而是，提供這些實施例是為了使得本發明將是透徹並且完整的，並且這些實施例將把標的的範圍完整地傳達給所屬領域的技術人員。在圖式中，相同標號始終表示相同元件。
本文中所描述的實施例提供用於動態地蝕刻基板的設備及方法。確切地說，本實施例提供用以在安置於基板基底上的在本文中被稱作「層堆疊」的層的堆疊內產生經蝕刻結構的新穎方法及設備。層堆疊可部分用罩幕覆蓋，所述罩幕包括用以定義待蝕刻到層堆疊中的結構圖案的圖案化特徵的集合。本實施例適合於蝕刻包含至少一個金屬層的層堆疊，例如用以形成MRAM裝 置或類似裝置的層堆疊。然而，可使用本實施例以用於蝕刻其它多層結構，其中在蝕刻期間動態地調整離子束蝕刻條件。在各種實施例中，使用動態蝕刻處理執行層堆疊的蝕刻，所述動態蝕刻處理使用從電漿室提取的離子束來濺射蝕刻層堆疊的多個層。根據本實施例，根據經蝕刻的層的物理及/或化學性質將處理設備的控制設置動態地調整為離子束的定制特性。
以此方式，包含驟降度及側壁損壞的MRAM層堆疊的結構可通過根據在待形成的MRAM裝置的層堆疊內被蝕刻的層來控制離子束的入射離子的入射角及能量來改進。此情形可為特別有用的，因為層堆疊的不同金屬層可具有依據離子能量及離子入射角兩者的不同濺射率，且其在經形成的MRAM結構上的再沉積速率可能因不同的粘著係數而不同。舉例來說，對於較難以蝕刻的金屬層來說，本實施例可將離子束能量動態地調整為較高能量及較大入射角，而對於較易於蝕刻的金屬層來說，可將離子束動態地切換為較低能量及較低入射角。
在各種實施例中，監視設備及方法用以即時確定第一層的蝕刻何時完成，或鄰近第一層的第二層的蝕刻何時開始，或兩者的組合。以此方式，可作出關於何時調整產生用於蝕刻的離子束的處理設備的控制設置的確定。
本實施例的監視設備可為如在所屬領域中通常已知的光學發射光譜(optical emission spectroscopy；OES)裝置。監視設備可替代性地為反射計裝置，其測量經蝕刻的基板的表面反射率， 所述表面反射率可在不同層之間變化。然而，實施例並不限於此情形。此監視設備在本文中通常可被稱作「端點檢測」設備，但在本實施例中，所檢測的「端點」可指示在蝕刻期間從第一層到第二層的轉變，且可用以調整用以執行蝕刻的離子束條件，而非完全終止蝕刻。因此，在各種實施例中，從蝕刻層堆疊的處理室發射的OES信號可被用作即時指示層堆疊的給定層的蝕刻何時開始或鄰近給定層的層的蝕刻何時終止的回饋，以使得處理設備的控制設置經調整以定制用於蝕刻給定層的離子束入射角、離子能量或其它參數。
圖1A描繪與本發明的實施例一致的處理設備100的側視圖。處理設備100包含用以產生電漿室104中的電漿112的電漿源102。電漿源102可為RF電漿源、電感耦合電漿(inductively-coupled plasma；ICP)源、電容耦合電漿(capacitively coupled plasma；CCP)源、螺旋源、電子迴旋共振(electron cyclotron resonance；ECR)源、間接加熱陰極(indirectly heated cathode；IHC)源、輝光放電源或所屬領域的技術人員所已知的其它電漿源。在此特定實施例中，電漿源102為具有RF產生器108及RF匹配網路110的ICP源。從RF產生器的RF功率到氣體原子及/或分子的轉移經由天線及介電窗(未圖示)發生。氣體管線106經由適當氣體線及氣體入口連接到電漿源102。電漿源102或處理設備100的其它元件也可連接到真空系統(未圖示)，例如由旋轉或隔膜泵支持的渦輪分子泵等。電漿源102由殼體126包圍，且絕緣體140 將殼體126與包含基板固持器120的處理室142分離。電漿源102及基板固持器120可處於升高電勢或可電接地，而處理室142可電接地。
提取板114可沿著電漿室104的一側佈置，如圖1A中所示。在圖1A的視圖中，提取板114佈置於電漿室104的底部。確切地說，提取板114安置於電漿室104與處理室142之間。在一些情況下，提取板114可定義電漿室或處理室或兩者的腔壁的一部分。提取板114包含孔口116，離子可經由所述孔口被提取為離子束118，且經導引朝向基板固持器120。圖1B提供提取板114及處理室142的一個實施例的俯視圖描繪，其中出於清楚起見而省略電漿室104及處理設備100的其它元件。
處理設備100進一步包含用以驅動提取光學器件及控制經提供到基板122的離子束能量的多個電壓供應器。這些裝置一起被統稱為提取電壓系統130。在各種實施例中，提取電壓系統130可包含腔室電力供應器132、提取板電力供應器136及基板電力供應器138。為了在基板122處產生如離子束118一樣具有所要能量的陽離子束，基板電力供應器138可對基板固持器120施加相對於地面的負偏壓，而電漿室104接地。或者，可對電漿室104施加相對於地面的正偏壓，且基板固持器120可接地或對其施加相對於地面的負偏壓。在一些實施例中，可使用提取板電力供應器136與電漿室104獨立地對提取板114施加偏壓，或所述提取板可為浮動的。實施例並不限於此情形。
處理設備100還包含用以控制處理設備100的各種元件的操作的控制系統150。控制系統150可包含其它特徵中的硬體與軟體元件的組合以指導處理設備100所包含的以下各者元件的操作：RF產生器108、量流(mass flow)控制器(未圖示)、基板固持器120的移動及位置及提取電壓系統130。控制系統150可包含例如包括指令的電腦可讀存儲媒體，所述指令在執行時致使處理設備100響應於從基板122上的層堆疊蝕刻而來的材料所產生的即時信號以及來自離子束輪廓測量的信號而動態地調整處理設備元件的操作。
在各種實施例中，基板固持器120可耦合到驅動裝置148，所述驅動裝置用以使基板固持器120沿著平行於所示的笛卡耳坐標系的Y軸的方向移動。在其它實施例中，基板固持器120可沿著平行於X軸、Z軸或兩者的方向移動。此情形提供具有多個自由度的處理設備100，即，允許修改基板相對於提取孔口的相對位置，且允許相對於孔口116掃描基板122，以使得可在一些情況下在整個基板122表面之上提供離子束118。如圖1B中所提到，基板固持器120及基板122也可在X-Y平面內旋轉經過旋轉角度γ。
圖1B提供提取板114的一個實施例的平面圖描繪的細節，其中孔口116在平行於X軸的方向上伸長，以便將離子束118提取為帶狀束。在各種實施例中，如所說明，離子束118沿著X軸的離子束寬度可大於基板122沿著X軸的尺寸。舉例來說，對 於30cm的沿著X軸的基板尺寸，離子束的寬度可能寬若干釐米，例如33cm，以使得基板122在其整個寬度上進行一次性處理。如圖1B中所示，鄰近於孔口116的基板122的伸長部分可在任何給定情況下暴露於離子束118。因此，為了使整個基板122暴露於離子束118的蝕刻，在處理設備100的操作的一個實例中，可沿著平行於點A與點B之間的Y軸的方向來回掃描基板固持器120。在一些實例中，在給定基板122的給定層的蝕刻期間，可在X-Y平面內使基板旋轉多次以暴露待由離子束118蝕刻的特徵的不同部分。例如可在形成於基板上的層堆疊的給定層的蝕刻期間多次執行此旋轉，以便形成經圖案化特徵，例如含有多個層的MRAM裝置。
如圖1A中所進一步展示，在電漿室104中產生電漿112時，電漿112的電漿鞘邊界115可假定形成接近孔口116的彎月面117的曲率。彎月面117的確切形狀可通過更改處理設備100的控制設置而變化。以此方式，經由孔口116提取的離子的軌跡可通過調整處理設備100的控制設置而變化，如下文所論述。確切地說，在基板固持器120與電漿室104之間施加電壓(其在本文中被稱作「提取電壓」)時，從電漿112提取離子束118，且將其導引到基板122。可由腔室電力供應器132或基板電力供應器138提供高電壓，且在基板固持器120上產生負極性以使得從電漿112提取正離子。
在各種實施例中，離子束118可包括例如惰性氣體離子、反應離子或惰性氣體離子及反應離子兩者等離子，所述離子通過已知物理蝕刻處理以濺射蝕刻來自基板122的材料。在下文中所揭示的實施例中，形成於基板122上的層堆疊的物理蝕刻可通過調整控制設置(例如，遞送到電漿室104的RF功率或由處理設備100的元件施加的電壓，以及基板122相對於提取板114的定位)來動態地調整。控制設置的此動態調整促使能夠定制由離子束118對層堆疊的不同層執行的蝕刻。因為離子束118可用以濺射蝕刻由層堆疊中的不同層(其中濺射蝕刻特性可在不同層之間變化)組成的裝置結構，所以根據經蝕刻的層調整離子束118的離子束輪廓可為有用的。此情形可產生在如所指出蝕刻裝置結構中的所有層之後更佳的裝置結構。如本文所使用的術語「離子束輪廓」是指包含離子能量、離子束電流或離子束電流密度及離子角分佈(ion angular distribution；IAD)的離子束的特性或參數。如本文所使用的術語「離子角分佈」是指離子束中的離子相對於垂直於基板的參考方向的平均入射角，以及在平均角周圍的入射角的寬度或範圍，其範圍被簡稱為「離子角展度」。在各種實施例中，通過調整例如提取電壓、電漿室104中的氣體壓力及供應到電漿室104的RF功率以及下文論述的其它設置等控制設置來調整離子束輪廓。也可通過調整提取板114及基板固持器120沿著平行於所示的笛卡耳坐標系的Z軸的方向的分離來調整離子束輪廓，其分離在本文中被稱作「z間隙」。
在各種實施例中，在將離子束118導引到基板122時，可從形成於基板122上的層堆疊的一或多個層產生信號146。圖2A描繪經展示為層堆疊200的示範性MRAM層堆疊的側視圖，所述示範性MRAM層堆疊可由處理設備100蝕刻，且可在蝕刻期間發射多個不同元素的信號特性，如下文較詳細論述。如圖1A中所進一步展示，處理設備100中提供監視設備144，所述監視設備可檢測信號146。信號146可提供關於由離子束118蝕刻的一或多個層(圖1A中未圖示)的即時資訊。舉例來說，在監視設備為OES裝置的實施例中，信號146可表示來自從基板122濺射蝕刻的至少一個元素的發射光譜，且發射所述元素的輻射特性。眾所周知，OES裝置可同時收集來自一個元素或多個不同元素的發射光譜，所述發射光譜可指示所蝕刻的層的一或多個元素，且從而識別所述層。在離子束蝕刻到第一層的底部時，來自第一層的第一元素的OES信號的強度可降低或變為零，因為來自所述元素的物質不再被濺射蝕刻到氣相中。同時，來自最初安置於第一層下方的第二層的第二元素的OES信號的強度可增加，因為離子束118開始蝕刻第二元素。
取決於第一層的濺射蝕刻特性及第二層的濺射蝕刻特性，在第一層的蝕刻完成且第二層的蝕刻開始時改變離子束118的離子束輪廓可為有用的。因此，來自第二層的元素的OES信號特性的增加或來自第一層的元素的OES信號的降低或兩者的組合可用以識別在基板的蝕刻期間動態地調整離子束118的離子束輪 廓的情況或間隔。在蝕刻包括多個不同層的層堆疊的一些情況下，可多次執行離子束118的離子束輪廓的調整。
在各種實施例中，處理設備100可包含用以測量離子束118的離子束輪廓的計量(未圖示)。舉例來說，計量可包含用以測量離子束的IAD以及離子束的能量及電流的已知電流探頭及能量探頭。在一些狀況下此計量可用來在反饋回路中結合控制系統，以執行對控制設置的調整直到如由計量所測量般達成了用於蝕刻一或多個給定層的目標離子束輪廓。
返回參看圖2A，層堆疊200由形成於基板基底224上的多個層組成。在一個實例中，基板基底224為矽，層222為氧化矽，層220為Ta，層218為Ru，層216為Ta，層214為PtMn，層212為CoFe合金，層210為Ru，層208為CoFeB合金，層206為MgO，層204為CoFeB合金，且層202為Ta。在一種特定情況下，層202的厚度可為50nm，層218的厚度為50nm，且層214的厚度為20nm。層堆疊200的其它層的厚度可在1nm到3nm的範圍內。然而，實施例並不限於此情形。層堆疊200的層中的許多層或大多數層可對反應離子蝕刻的蝕刻具有抵抗性，如上所指出，且可通過物理濺射來更有效地蝕刻。然而，因為蝕刻特性可在不同層之間變化，所以在濺射蝕刻層堆疊200以形成MRAM裝置結構時，調整離子束118的入射角、離子角展度或離子能量中的至少一者可為有用的，以使得可針對不同層定制不同層的濺射蝕刻。調整蝕刻物質的組份也可為有用的，以便在檢測到比先前 層更難以蝕刻的新層時將Xe添加到Ar電漿。
圖2B描繪已部分由離子束232蝕刻層堆疊200以形成MRAM特徵230的一個情況。通過在基板240的部分之上形成含有多個罩幕特徵234的罩幕來促進用以定義MRAM特徵230的濺射蝕刻。基板240的未被罩幕特徵234覆蓋的那些部分由離子束232蝕刻。值得注意的是，罩幕特徵234也可由離子束232物理蝕刻，但可形成有足夠厚度以允許將層堆疊200蝕刻到足夠深度以形成所要裝置結構。在圖2B的情況下，示意性地展示層堆疊200，且其可不包含如關於圖2A所描述的所有層。隨著蝕刻的進行，產生信號236，其可為由監視設備144檢測的OES信號。此OES信號可隨著蝕刻層堆疊200的不同層而變化，如圖3A中所說明。確切地說，圖3A為描繪包括層堆疊200的不同元素的多個不同發射光譜特性的OES光譜的信號強度的曲線圖，依據時間監視所述OES光譜。圖3A的曲線圖的縱坐標為發射光譜的強度，而橫坐標表示經蝕刻的材料的深度，其中層堆疊200的外表面朝向左。在圖3A的實例中，在蝕刻如由層202表示的鉭層之後收集OES光譜。隨著時間的流逝，層堆疊200的蝕刻導致發射光譜的改變，這是因為蝕刻了不同層。舉例來說，MgO信號250展示層206的顯著及窄峰值表示，其厚度可為1nm到2nm。Ru信號252具有層210的小峰值特性，其厚度在一個實例中可為1nm。Ru信號也展現層218的較大及較寬峰值表示。另外，圖3A展示了表示層214的PtMn材料中的鉑的Pt信號258、來自層216的Ta信號256 及可展示層212、層208及層204中的鐵的Fe信號260。最後，矽信號254展示了層222及基板基底224中的矽。
如由圖3A所說明，層堆疊200中的不同元素的發射光譜特性的強度實質上隨時間或深度而變化，從而允許確定一個層的蝕刻何時終止及後續層的蝕刻何時開始。在各種實施例中，可監視在離子束232的蝕刻期間從處理室接收的發射光譜作為包含監視設備144及控制系統150的回饋系統的部分。舉例來說，在來自表示新層的元素的發射經檢測為高於閾值時，監視設備144可輸出由控制系統150接收的信號238，所述信號觸發了對產生離子束232的處理系統的控制設置的調整。如關於下圖所詳述，在一些實施例中，對控制設置的此調整可改變為離子束232的離子能量、離子電流密度、平均角或角展度中的至少一者。在層堆疊200的蝕刻期間，可在多個場合下進行對控制設置的調整，例如由監視設備144檢測到來自新層的元素特性的發射的情況。在其它實例中，在檢測新層時無需進行對控制設置的調整。舉例來說，如果層堆疊200中的上覆層的濺射蝕刻特性類似於鄰近上覆層的底層的濺射蝕刻特性，那麼可維持離子束232的離子束輪廓以用於蝕刻上覆層及底層兩者。
然而，在第一層的蝕刻期間，在從具有不同於第一層的元素的蝕刻特性的第二層檢測到新元素時，可調整控制設置以定制離子束輪廓以更佳地蝕刻新元素。
圖3B描繪依據各種材料的離子入射角的濺射速率，其說明濺射率行為可實質上針對可以用於層堆疊中的不同層而變化的事實。濺射速率具體來說經展示為在將在1.5kV的電壓下提取的1E17 Ar離子的劑量導引到由給定材料組成的層之後的經蝕刻厚度(厚度損失)。離子入射角從0度(其垂直於給定層的平面)變化到85度。因此，在如圖2B中所示蝕刻層堆疊的情況下，60度的離子入射角表示形成相對於經蝕刻的結構的頂部表面235的垂線(沿著Z軸)的60度的角度的離子入射角；而相同的60度的離子入射角形成相對於相同結構的垂直側壁237的垂線(沿著Y軸)的30度的入射角。確切地說，圖3B提供在0度、15度、30度、45度、60度、70度、80度及85度的離子入射角度處的五個不同材料的濺射蝕刻速率資料。在每一資料組內，如由15度離子入射角的資料組262所說明，從左到右按W、Ru、MgO、TiN及Ta的順序將蝕刻速率資料提供為一組長條圖。因此，條柱264表示W，條柱266表示Ru，條柱268表示MgO，條柱270表示TiN，且條柱272表示Ta。為了突出濺射蝕刻行為的差異，應注意對於低於45度的離子入射角度，MgO的濺射蝕刻速率極低，且在70度處達到蝕刻速率的峰值。相對比地，Ru的濺射蝕刻速率在15度與80度之間的離子入射角度的範圍內相對較高且相對恒定，在60度處達到峰值。此外，對於低於60度的離子入射角，TiN的濺射蝕刻速率保持相對較低，且在80度的離子入射角處達到峰值。使用此資料，可在產生30度的離子入射角的控制設置下蝕刻包括 釕的第一層。在檢測由MgO組成的後續層時，可調整控制設置以產生60度的離子入射角以更高效地蝕刻MgO層。
在其它實施例中，可調整離子能量、射束電流以及離子物質以考慮不同層的濺射蝕刻行為的差異。除了調整控制設置以考慮不同層的濺射蝕刻行為的差異之外，也可調整控制設置以考慮不同材料之間的再沉積速率的差異。
圖4A描繪可應用於蝕刻層堆疊的兩個不同層的兩個不同離子角分佈實例。離子角分佈經展示為依據離子入射角(θ)的離子的相對密度，所述離子入射角可相對於基板的X-Y平面的垂線415定義，如圖4B中所示。IAD 402具有相對較大角展度及較低平均角，而IAD 404具有相對較窄角展度，但是具有較大平均角。
還參看圖4B，展示了將離子束414導引到基板400以產生經蝕刻結構410的實例。經蝕刻結構410可在蝕刻完成時形成MRAM單元。可通過蝕刻部分由至少一個罩幕特徵(例如罩幕特徵234)遮蔽的層堆疊412而產生經蝕刻結構410。在一個實例中，可在至少一個場合中在層堆疊412的蝕刻期間動態地調整離子束414的離子束輪廓，以根據經蝕刻的層的濺射蝕刻特性定制經蝕刻結構410的蝕刻。舉例來說，控制設置可被設置為控制設置的第一設定以產生離子束414中的IAD 402來蝕刻層422，所述層的元素可更適合於在20度的平均角處蝕刻。隨後，在層422的蝕刻幾乎完成時或在層424的蝕刻已開始時，可檢測到來自層424中的 元素的OES信號的增加，或可檢測到來自層422中的元素的OES信號的降低。如下圖所詳述，基於層424中的材料(元素)的性質，可決定將控制設置調整到控制設置的第二設定，此舉導致產生離子束414中的IAD 404。使用IAD 404蝕刻層424可接著繼續進行，直到檢測到後續層為止，在此時可或可不取決於後續層中的元素的性質對控制設置進行進一步調整。此情形可導致產生例如IAD 402或不同IAD。
除了調整層堆疊的不同層之間的IAD之外，在各種實施例中，可調整離子束輪廓的其它組成。在一些情況下，如下詳述，可根據經蝕刻的層調整例如離子束414等離子束的離子能量。可例如通過調整提取電壓來實現此情形，所述提取電壓可直接確定離子能量。舉例來說，電漿室中的電漿的電漿電位可為幾伏直到幾十伏，高於電漿室的電位。因此，在電漿室與基板固持器之間施加1000V的提取電壓時，離開電漿的單獨充電正離子可例如以1020V的能量加速到基板。離子束414的離子能量的調整可在蝕刻具有不同蝕刻能力的連續層時為有用的。舉例來說，與較易於蝕刻的金屬層相比較，更難以蝕刻的金屬層可經受具有較高離子能量及較大平均入射角的離子束。
在其它實施例中，可在連續層的蝕刻之間調整離子束的射束電流。在一些實施方案中，可通過提供離子束作為具有給定脈衝週期內的「接通」及「斷開」部分的脈衝離子束來調整射束電流。可通過在接通和斷開狀態之間的提取電壓的脈衝或通過在 接通和斷開狀態之間的電漿室中的電漿的脈衝來實現脈衝。通過使此脈衝離子束的離子束工作迴圈(也就是說，接通狀態的持續時間對接通和斷開狀態的總持續時間的比率(DON/(DON+DOFF)))變化，可調整隨著時間的過去而遞送的平均射束電流。此情形可允許對於待蝕刻的給定層按需要而減小或增加蝕刻速率。在一些實施方案中，可通過在脈衝週期的頻率保持恒定的脈衝週期內使接通部分的持續時間變化而使工作迴圈變化，而在其它實施方案中可通過使脈衝週期的頻率(持續時間)變化同時保持接通部分的持續時間恒定而使工作迴圈變化。實施例並不限於此情形。
為了更準確地確定何時調整離子束輪廓以定制針對給定層的蝕刻特性的蝕刻，在一些實施例中例如兩個、三個、四個或更多數目個監視設備等多個監視設備可用以監視從基板蝕刻來的物質。因為待蝕刻的給定層的層厚度可能跨越基板並不完全均勻，且因為跨越基板的離子束電流密度可例如沿著平行於Y軸的方向變化，所以給定層的蝕刻可在基板中的不同點之間變化。此情形可導致基板的一個區中的層堆疊的第一層的完整移除，而第一層的一部分保留在基板的另一部分中。現在返回到圖1B，展示了使用三個監視設備的實例，其經展示為佈置於平行於Y軸的線中的監視設備144。以此方式，例如可從物質監視OES信號，從鄰近基板的不同位置檢測所述物質。這些不同位置可提供來自從基板122的不同部分(例如中心區C、中間區I及外部區O)濺射 的物質的光學發射。如果給定層的蝕刻是以不均勻方式沿著平行於Y軸的方向進行的，那麼鄰近中心區C的監視設備144檢測的OES信號可不同於鄰近外部區O的監視設備144檢測的OES信號。在一個實例中，控制系統150可從所有三個監視設備接收OES信號，且基於三個OES信號的平均值作出關於何時認為給定層的蝕刻完成及因此何時改變控制設置的給定設定的確定。在另一個實例中，響應於所檢測的非均勻性，控制系統可調整掃描速度、脈衝電漿的工作迴圈或基板旋轉方案以實現更佳蝕刻均勻性。
在特定實施例中，在層堆疊的層內進行蝕刻期間，可依據在基板的掃描期間基板相對於提取板的位置調整工作迴圈。舉例來說，層堆疊內的層的蝕刻可通過在垂直於如上文關於圖1B所論述的給定方向的方向上伸長的提取板的伸長孔口的下面沿著給定方向掃描基板來實現。如果在給定時間依據沿著給定方向的基板上的位置檢測到層厚度的非均勻性或從中心到邊緣的蝕刻速率，那麼此情形可通過在沿著給定方向掃描基板時使工作迴圈變化來調整有效射束電流來進行補償。
在一個實施方案中，可由包含放置在相對於基板的不同位置(例如沿著如圖1B中所說明的平行於Y軸的第一方向的不同位置)處的多個OES檢測器的陣列來檢測中心到邊緣非均勻性。可例如同時從不同OES檢測器檢測不同OES信號，所述不同OES信號可指示在任何給定情況下從基板的不同部分濺射的材料的組成。在一個情境下，通過檢測放置在相對於基板的不同位置處的 不同OES檢測器中的OES信號，可在不同OES檢測器中在不同時間檢測用來指示給定層的蝕刻完成的信號強度的降低。舉例來說，可首先在經放置以截取來自鄰近於晶片的外部部分濺射的物質的光學發射的OES檢測器處檢測Ru層的信號強度降低。在此狀況下，可在孔口下面掃描晶片的邊緣時選擇性地降低脈衝電漿的工作迴圈，以便減小沿著晶片的外部部分的Ru層的蝕刻速率。或者，可在孔口下面掃描晶片的內部部分時選擇性地增加脈衝電漿的工作迴圈，從而相對於外部部分增加Ru層的蝕刻速率。
此外，在其它實施例中，可響應於從不同OES檢測器接收的不同OES信號作出其它調整。舉例來說，可在給定時間從沿著第一方向佈置於第一位置處的第一OES檢測器接收第一OES信號，所述第一方向可為基板的掃描方向。可同時從沿著第一方向佈置於第二位置處的第二OES檢測器接收第二OES信號，其中第二OES信號不同於第一OES信號。OES信號中的差異可指示例如在不同層中在不同位置發生蝕刻，或在給定層中在第一位置處蝕刻接近完成，但在第二位置處並未接近完成。因此，可在第一位置與第二位置之間掃描基板時執行對脈衝離子束的工作迴圈的前述調整。然而，可在從第一位置到第二位置的基板的掃描期間動態地調整其它控制設置以減小(或增加)層內的蝕刻速率，例如調整電漿功率或晶片的掃描速率。
在各種實施例中。用以蝕刻層堆疊的離子束的離子束輪廓的動態控制可至少部分由可駐留於控制系統150中的軟體、硬 體或硬體與軟體的組合自動化。本文中包含一組流程圖，其表示用於執行所揭示的動態離子束蝕刻的新穎方面的示範性方法。雖然出於簡化解釋的目的，本文中例如以流程圖或流程圖表的形式展示的一或多個方法經展示及描述為一系列動作，但應理解並瞭解方法不受動作的次序限制，因為一些動作可根據所述方法按不同次序出現及/或與來自本文中所展示及描述的所述方法的其它動作同時出現。此外，對於新穎實施方案，可能並不需要方法中所說明的所有動作。
圖5描繪用於實施動態離子束蝕刻的示範性第一處理流程500。此處理流程及下圖中所揭示的其它處理流程可實施於例如上文所揭示的處理設備100等處理設備中。在框502處，使用處理設備的控制設置的第一設定將第一離子束導引穿過提取板到基板。舉例來說，第一控制設置可經佈置以產生具有第一離子角分佈及離子能量的離子束，所述離子束適合於蝕刻構成形成於基板上的層堆疊的第一層的第一元素。
在框504處，監視來自層堆疊的信號，所述信號例如是來自層堆疊的由第一離子束濺射出來的物質所發射的OES信號。在特定實施例中，信號可包括在一波長範圍內的輻射強度，其中對於不同元素監視光學發射的不同波長範圍特性。因此，信號可構成在至少一個波長範圍內檢測的輻射的強度。
在框506處，檢測從基板(例如從層堆疊)來的信號，所述信號指示材料的從第一材料到第二材料的改變。來自基板的 此信號可造成從基板蝕刻的第一物質的發射譜線的強度的降低。第一物質的發射譜線可在第一波長範圍處出現，所述第一波長範圍為經蝕刻的第一層中的元素的特性。在發射譜線強度降低時，此情形可被認為指示經蝕刻的材料的改變發生，此情形可指示蝕刻具有不同元素的新的第二層。或者，來自基板的信號可為在第二波長處的發射譜線的強度的增加，所述第二波長為待蝕刻的第二層中的元素的特性，此情形也可被認為指示蝕刻第二層。另外，來自基板的信號可為基板的表面的反射率的改變，所述改變可在具有第一反射率的第一層的蝕刻終止且具有第二反射率的第二層的蝕刻開始時出現。
在框508處，將處理設備的控制設置調整到不同於控制設置的第一設定的控制設置的第二設定。控制設置的第二設定基於待蝕刻的第二材料。舉例來說，控制設置的第二設定可用以產生經定制以用於蝕刻第二材料的離子束輪廓，所述離子束輪廓可不同於經定制以用於蝕刻第一層中的第一材料的離子束輪廓。在一些實施例中，控制設置的第二設定可通過檢索配方自動產生，所述配方指定與第二層中的元素相關聯或與含有第二層中的元素的材料(例如合金或化合物)相關聯的控制設置的設定。
在框510處，使用控制設置的第二設定將第二離子束導引穿過提取板而到層堆疊。第二離子束可包括與第一離子束相同的離子物質，但其被稱作第二離子束是因為其能量及離子角分佈可不同於第一離子束的能量及離子角分佈。
在各種實施例中，可順序重複如通常在框504與510之間所描繪的處理流程以用於蝕刻層堆疊的額外層。因此，在蝕刻層堆疊的第二層時，可監視信號以確定第二層的蝕刻何時完成及含有第三材料的第三層的蝕刻將開始。基於第三材料的元素，可將控制設置調整到經配置以產生第三離子束的控制設置的第三設定，所述第三離子束具有經定制以蝕刻第三層中的一或多個第三元素的離子束輪廓。
圖6描繪用於實施動態離子束蝕刻的示範性第二處理流程，即處理流程600。在框602處，接收初始離子束輪廓，其包含初始離子能量、初始離子入射角、初始離子電流(E0,θ0,I0)。接收最終離子束輪廓，其包含最終離子能量、最終離子角度、最終離子電流(EF,θF,IF)。另外，接收初始基板定向角度(γ0)及基板旋轉增量(γ)，以及基板溫度(T)。響應於接收到初始離子束輪廓，可使用控制設置的初始設定產生預備離子束。在一些變體中，可執行計量以測量預備離子束。
在框604處，調整控制設置的初始設定直到達成包含E0、θ0、I0的初始離子束輪廓為止。經調整的初始控制設置可包含如由用於處理設備的電漿室電壓及基板電壓的差值(VC-VS)確定的提取電壓。可調整的其它初始控制設置包含供應到處理設備的電漿室的RF功率、Z間隙、電漿室中的氣體壓力、離子束的工作迴圈，以及基板固持器的掃描速度。可基於從由位於處理室中的設備執行的原位計量接收的預備離子束的測量作出達成初始 離子束輪廓的確定。經調整的控制設置可構成將應用於蝕刻基板的控制設置的第一設定。
在框606處，使用控制設置的第一設定將離子束導引穿過提取板到基板，除了前述控制設置之外，所述控制設置的第一設定還可包含基板溫度及初始基板定向角度γ0。在框608處，執行「向上掃描」，其中在相對於提取板的第一方向上掃描基板。在框610處，以旋轉增量γ旋轉基板，且在框612處在與第一方向相反的第二方向上向下掃描基板。在框614處，再次以旋轉角度增量γ0旋轉基板。
在決策框616處，作出關於是否已檢測到操作端點的確定。操作端點可被認為已完成層堆疊的一或多個層的蝕刻的情況。如果未完成所述操作，例如如果並未檢測到指示蝕刻新層的OES信號，那麼所述處理返回到框608。如果是，那麼所述處理移動到決策框618。
在決策框618處，作出關於是否檢測到最終蝕刻操作端點的確定。舉例來說，最終蝕刻操作端點可為完成層堆疊的蝕刻的情況。此情形可在一個實施方案中在來自例如矽等基板元素的OES信號增加時確定。如果是，那麼所述處理在框620處結束。如果不是，那麼所述流程前進到框622。
在框622處，根據從控制設置的先前設定檢測的新層來調整處理設備的控制設置，所述控制設置的先前設定可為上文所論述的控制設置的第一設定。舉例來說，可基於由OES裝置檢測 的一或多個元素的信號的增加調整控制設置，所述增加被認為指示新層的蝕刻的開始。將控制設置調整到控制設置的當前設定，包含提取電壓(VC-VS)、RF功率、Z間隙、電漿室氣體壓力、脈衝離子束的工作迴圈或基板固持器的掃描速度中的任一者的調整。在一些實施例中，在框622處建立的控制設置的當前設定可通過檢索配方而自動產生，所述配方指定與待蝕刻的新層中的一或多個元素相關聯的控制設置的設定。
在框624處，使用控制設置的當前設定將離子束導引穿過提取板到基板。所述流程接著返回到框608。
在各種實施例中，如何根據待蝕刻的層定制處理設備的控制設置的確定可以不同方式執行。圖7描繪用於實施動態離子束蝕刻的示範性第三處理流程，即，處理流程700。確切地說，圖7提供根據待蝕刻的層調整控制設置的一個實施方案。圖7可實施於上文所論述的處理流程600內。舉例來說，處理流程700可實施於決策框618與框608之間。在框702處，檢測到待蝕刻的新層。例如，如上文所描述，可由OES檢測新層。所述流程接著前進到框622，其中根據如上文所詳述的新層將控制設置調整到控制設置的當前設定。在一些實施例中，在框622處建立的控制設置的當前設定可通過檢索配方自動產生，所述配方指定與待蝕刻的新層中的一或多個元素相關聯的控制設置的設定。此情形可建立用於蝕刻基於先前測量或計算的新層的配方以便近似用以蝕刻新層的目標離子束輪廓。
隨後，在將控制設置調整到控制設置的當前設定之後，可在蝕刻新層之前反復地調整這些控制設置以便使得經調整離子束實際上確實具有用以蝕刻新層的目標離子束輪廓。可執行在將控制設置調整到控制設置的當前設定之後產生的離子束的計量以評估離子束輪廓。在框704處，接收計量的結果，所述計量測量使用包含以下各者中的至少一者的控制設置的當前設定產生的離子束的離子束輪廓：離子能量、離子平均角或離子束電流。
在決策框706處，作出關於使用控制設置的當前設定產生的離子束的離子束輪廓是否匹配目標離子束輪廓的確定。如果是，那麼所述流程移動到框624，其中使用控制設置的當前設定將離子束導引到基板。如果不是，那麼所述流程前進到框708。
在框708處，將控制設置從控制設置的先前設定調整到控制設置的新(當前)設定。控制設置的調整可基於在框704處所測量的離子束輪廓與目標離子束輪廓之間的差異。在下面的圖8及圖10到11中提供用於調整控制設置以更佳地匹配離子束輪廓的元件的處理流程的實例。隨後，可對使用控制設置的當前設定產生的離子束執行進一步計量。所述流程接著返回到框704。
在一些實施方案中，待蝕刻的層堆疊的層序列可被認為已知。在此類狀況下，可在蝕刻期間檢索各自指定待用於待蝕刻的給定層的控制設置的設定的多個不同配方，以使得在如上文所描述之檢測到指示給定層的信號時觸發給定配方。在其它實施方案中，層堆疊的層序列對於處理設備來說可能不為先天已知的。 然而，甚至在後一種情況下，可在指定用以產生離子束以蝕刻給定層的控制條件的預定設定的條件下預存儲配方，且可在檢測給定層時載入配方。在任一情況下，在含有多個層的層堆疊的蝕刻期間，調整用於蝕刻第一層的控制設置以蝕刻立即接續的層可取決於用於蝕刻第一層的配方與用於蝕刻立即接續的層的配方的任何差異。在一些狀況下，可在檢測新層時改變多個控制設置，而在其他狀況下可改變單個控制設置，而還在其它狀況下，可不改變控制設置。
另外，是否蝕刻層堆疊中的層的精確序列為先天已知的，連續層的蝕刻之間的設置的控制的調整可分階段繼續進行。因此，在檢測指示新層的信號時，最初可將第一控制設置調整到與第二層中的第二材料相關聯的控制設置的預定設定。控制設置的預定設定可經設計以產生具有經定制以用於濺射蝕刻第二材料的目標離子束輪廓的離子束，所述目標離子束輪廓包含例如離子能量、離子入射角、離子角展度等參數。在執行計量以測量使用控制設置的預定設定經導引穿過提取板的離子束的至少一個參數之後，可確定所測量的離子束輪廓不匹配目標離子束輪廓。因此，可確定將調整控制設置的預定設定以產生更緊密地近似目標離子束輪廓的離子束。後續操作因此可涉及將控制設置的預定設定調整到控制條件的另一設定，測量在控制條件的其它設定下產生的新離子束，且重複此序列直到滿足目標離子束輪廓為止。因此，用以蝕刻第二層的控制設置的「第二」設定可表示控制設置從控 制條件的原始第一設定的多個調整的結果。
在一些實施例中，在執行控制設置的此反復調整以產生適合於蝕刻第二層的離子束之後，可存儲控制條件的第二設定以代替控制條件的先前預定設定作為用於蝕刻第二層及具有與第二層相同的組份的任何其它層的默認配方。此外，在其它實施例中，如果由控制設置的給定設定產生的離子束的重複計量導致可再生地產生目標離子束輪廓，那麼可減少或去除先前在控制設置的第一設定下蝕刻第一層與在控制設置的第二設定下蝕刻第二層之間切換時執行的計量操作。因此，在蝕刻具有相同MRAM層堆疊的一批晶片的操作中，可在改變控制設置時對第一層及第二層的蝕刻之間的若干初始晶片執行計量。此情形可產生控制設置的穩定第二設定，所述穩定第二設定一致地產生經設計以蝕刻第二層的目標離子束輪廓。因此，在檢測第二層時可通過在控制設置的第一設定與控制設置的第二設定之間自動切換來蝕刻後續晶片，而不用執行計量操作。
圖8描繪用於實施動態離子束蝕刻的示範性第四處理流程800。在框802處，使用控制條件的第一設定執行使用離子束蝕刻層堆疊。在決策框804處，如果並未檢測到新層，那麼所述流程返回到框802，其中使用控制條件的第一設定繼續蝕刻。如果例如由OES檢測到新層，那麼所述流程前進到框806。
在框806處，確定是否以與控制條件的第一設定的離子能量相同的離子能量來蝕刻新層。如果是，那麼所述流程前進到 決策框808。在決策框808處，確定是否以相同平均角來蝕刻新層。如果是，那麼流程返回到框802，其中使用控制條件的第一設定繼續進行(新層的)蝕刻。如果不是，那麼所述流程前進到框810，其中將給到處理設備的RF功率調整。眾所周知，調整鄰近提取板的電漿室中的RF功率可改變形成於提取板的孔口處的彎月面的形狀，且因此可更改離開電漿且被導引到基板的離子的平均角。
在框806處，如果將離子能量改變以用於蝕刻新層，那麼所述流程前進到決策框812。在決策框812處，確定是否以具有與使用控制條件的第一設定產生的離子束相同的平均角的離子束來蝕刻新層。如果不是，那麼所述流程移動到框814。在框814處，首先改變處理設備的提取電壓(VC-VS)以改變離子束的離子能量。隨後，最初調整RF功率以調整離子束中的離子的平均角。
如果在決策框812處使用相同平均角，那麼所述流程前進到框816。在框816處，首先改變處理設備的提取電壓。隨後，調整Z間隙，且調整供應到處理設備的電漿室的RF功率以便預留用於新離子束的平均角。可需要此調整的組合，因為一旦改變提取電壓以產生離子能量中的所需改變，便可改變經由孔口提取的離子束的形狀，從而導致平均角的改變。為了補償此結果，可更改電漿功率以及Z間隙，以抵消由提取電壓的改變所引起的平均角改變。
圖9A到9C提供用於實施處理流程的一種情境的圖形表示，其中動態地調整離子入射角以考慮層堆疊的不同層。確切地說，展示了用於將經圖案化特徵蝕刻到具有層堆疊910的基板900中的一系列蝕刻操作。在層堆疊910之上提供罩幕特徵902以定義在將離子導引到基板以蝕刻層堆疊910的暴露部分時形成的結構。在圖9A中，將離子束912導引到基板900。設定處理設備的控制設置以提供適合於蝕刻頂層904的離子束912的離子能量、平均角及離子電流。隨著使用離子束912的蝕刻的進行，可移除頂層904，從而暴露中間層906。中間層906可由金屬組成，所述金屬的蝕刻特性使得能量比離子束912所提供的能量高的離子更適合於蝕刻中間層906。可預儲存用於中間層906的蝕刻物質的配方，所述配方指示將使用較高離子能量。因此，在檢測從中間層906濺射的物質時，可自動調整例如提取電壓等處理設備的控制設置以產生較高能量離子，例如離子束914，如圖9B中所示。在此實例中，可調整控制設置以產生相同平均角及相同射束電流，同時增加離子能量。隨後，在中間層906的蝕刻完成時，可檢索用於蝕刻底層908的物質的配方，所述配方指示較高離子能量將用於蝕刻底層908。因此，在檢測從底層908濺射的物質時，可自動調整例如提取電壓等處理設備的控制設置以產生較高能量離子，例如離子束916，如圖9C中所示。在此實例中，可調整控制設置以產生相同平均角及相同射束電流，同時增加離子能量。
圖10描繪用於實施動態離子束蝕刻的示範性第五處理流程，即處理流程1000。在圖12A到12C中說明用於實施處理流程1000的一種情境的圖形表示。在框1002處，在層堆疊的蝕刻期間檢測新層。在框1004處，確定以不同於用於控制設置的當前設定的平均角蝕刻新層。在框1006處，確定以與用於控制設置的當前設定的離子能量相同的離子能量蝕刻新層。在決策框1008處，決定是否以與由控制條件的當前設定產生的射束電流相同的射束電流蝕刻新層。如果不是，那麼所述流程框1010。
在框1010處，首先調整RF功率。隨後，調整Z間隙以產生所要角展度，所述角展度可對應於用以蝕刻新層的目標離子束輪廓。可調整DC及電漿室壓力以實現對離子束的角展度的更精細調整。
如果在決策框1008處作出使用與控制設置的當前設定的射束電流相同的射束電流的確定，那麼所述流程前進到決策框1012。在決策框1012處，作出關於是否以如同控制條件的當前設定所產生的角展度來蝕刻新層的確定。如果是，那麼所述流程前進到框1014。
在框1014處，可與對Z間隙的調整一起調整氣體饋入。或者，可與RF功率的調整或對Z間隙的調整或兩者一起調整電漿室壓力。
如果在決策框1012處以不同角展度蝕刻新層，那麼所述流程前進到框1016。在框1016處，改變Z間隙或改變硬體。
現轉而參看圖12A到12C，展示了用於將經圖案化特徵蝕刻到具有層堆疊1230的基板1200中的一系列蝕刻操作。在層堆疊1230之上提供罩幕特徵1222以定義在將離子導引到基板以蝕刻層堆疊1230的暴露部分時形成的結構。在圖12A中，將離子束1232導引到基板1220。設定處理設備的控制設置以提供適合於蝕刻頂層1224而針對離子束1232提供的離子能量、平均角及離子電流。隨著使用離子束1232的蝕刻的進行，可移除頂層1224，從而暴露中間層1226。中間層1226可由金屬組成，所述金屬的蝕刻特性使得角度比離子束1232提供的角度高的離子更適合於蝕刻中間層1226。可預存儲用於蝕刻中間層1226的物質的配方，所述配方指示將使用用於蝕刻中間層1226的較高平均角及不同射束電流。因此，在檢測從中間層1226濺射的物質時，可自動調整例如RF功率等處理設備的控制設置以產生具有較高平均角的離子束，例如離子束1234，如圖12B中所示。在此實例中，可如框1010中所示調整控制設置以產生具有相同離子能量、不同射束電流及不同平均角的離子，如圖12B中所推薦。隨後，在中間層1226的蝕刻完成時，可檢索用於蝕刻底層1228的物質的配方，所述配方指示較高平均角將用於蝕刻底層1228。因此，在檢測從底層1228濺射的物質時，可自動調整例如RF功率等處理設備的控制設置以產生具有較高平均角的離子束，例如離子束1236，如圖12C中所示。在此實例中，可如框1010中所示調整控制設置以產生具有相同離子能量、不同射束電流及仍然較高平均角的離子束，如圖12C 中所推薦。
圖11描繪用於實施動態離子束蝕刻的示範性第六處理流程，即，處理流程1100。在圖12D到12F中說明用於實施處理流程1100的一種情境的圖形表示。在框1102處，檢測新層。在框1104處，確定將使用具有與由控制設置的當前設定而產生的平均角及離子能量不同的平均角及離子能量的離子束來蝕刻新層。
在決策框1106處，決定是否以與由控制條件的當前設定產生的射束電流相同的射束電流來蝕刻新層。如果不是，那麼所述流程前進到框1108，其中調整提取電壓。調整到電漿室的氣流或離子束工作迴圈，或調整兩者，以便調整射束電流。如果維持相同射束電流，那麼所述流程前進到決策框1110。
在決策框1110處，確定是否以與由控制條件的當前設定所產生的角展度相同的角展度來蝕刻新層。如果是，那麼所述流程前進到框1112。在框1112處，首先調整處理設備的提取電壓。接著通過調整例如應用於電漿室的RF功率等適當控制設置來調整平均角。
如果在決策框1110處確定蝕刻新層的離子束的角展度將改變，那麼所述流程前進到框1114，其中首先調整提取電壓以改變離子能量。隨後，可調整Z間隙、RF功率及工作迴圈以調整離子束的平均角及角展度，同時維持射束電流。
現轉而參看圖12D到12F，展示用於將經圖案化特徵蝕刻到具有層堆疊1250的基板1240中的一系列蝕刻操作。在層堆 疊1250之上提供罩幕特徵1242以定義在將離子導引到基板以蝕刻層堆疊1250的暴露部分時形成的結構。在圖12D中，將離子束1252導引到基板1240。設置處理設備的控制設置以提供適合於蝕刻頂層1244的針對離子束1252提供的離子能量、平均角及離子電流。隨著使用離子束1252的蝕刻的進行，可移除頂層1244，從而暴露中間層1246。中間層1246可由金屬組成，所述金屬的蝕刻特性使得具有比離子束1252所提供的能量高的能量的較高角度離子更適合於蝕刻中間層1246。可預存儲用於蝕刻中間層1246的物質的配方，所述配方指示將使用用於蝕刻中間層1246的較高平均角及不同射束電流。因此，在檢測從中間層1246濺射的物質時，可自動調整例如提取電壓、RF功率及Z間隙等處理設備的控制設置以產生具有較高平均角的離子束，例如離子束1254，如圖12E中所示。在此實例中，可調整控制設置以產生具有較高離子能量及較高平均角的離子，如圖12F中所推薦。隨後，在中間層1246的蝕刻完成時，可檢索用於蝕刻底層1248的物質的配方，所述配方指示仍然較高平均角及較高離子能量將用於蝕刻底層1248。因此，在檢測從底層1248濺射的物質時，可自動調整例如提取電壓及RF功率等處理設備的控制設置以產生具有仍然較高離子能量及較高平均角的離子束，例如離子束1256，如圖12F中所示。在此實例中，可調整控制設置以產生具有仍然較高離子能量、仍然較高平均角及不同角展度的離子束。
本發明的範圍不應受本文所描述的具體實施例限制。實際上，所屬領域的一般技術人員根據以上描述和附圖將瞭解(除本文所描述的那些實施例和修改外)本發明的其它各種實施例和對本發明的修改。因此，此些其它實施例和修改傾向於屬於本發明的範圍。此外，儘管已出於特定目的在特定環境下在特定實施方案的上下文中描述了本發明，但所屬領域的一般技術人員將認識到其有用性不限於此，並且出於任何數目個目的，本發明可以有利地在任何數目的環境中實施。因此，上文闡述的權利要求書應考慮如本文所述的本發明的全部範圍和精神來解釋。

Claims (13)

  1. 一種蝕刻基板的方法，包括：使用處理設備的控制設置的第一設定將第一離子束導引穿過所述處理設備的提取板到所述基板；檢測來自所述基板的信號，所述信號指示由所述第一離子束蝕刻的材料的從第一材料到第二材料的改變；基於所述第二材料將所述處理設備的控制設置調整到不同於所述控制設置的第一設定的控制設置的第二設定；以及使用所述控制設置的第二設定將第二離子束導引穿過所述提取板到所述基板，其中所述將所述控制設置調整到所述控制設置的第二設定包括：將來自所述控制設置的第一設定的所述控制設置調整到與所述第二材料相關聯控制設置的預定設定；執行計量以測量使用所述控制設置的預定設定而導引穿過所述提取板的離子束的至少一個參數，所測量的所述至少一個參數包括離子能量、離子束電流及離子角分佈；以及基於所述離子束的所測量的所述至少一個參數將所述控制設置的預定設定調整到所述控制設置的第二設定。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的蝕刻基板的方法，其中所述基板包括：基板基底上的包括多個層的層堆疊；以及 罩幕，包括在所述導引所述第一離子束之前安置於所述層堆疊上的多個罩幕特徵。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的蝕刻基板的方法，其中所述控制設置的調整包括調整離子至少一個控制設置以調整所述第一離子束與第二離子束之間的離子入射角，從而考慮所述第一材料及第二材料的濺射蝕刻特性的差異。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的蝕刻基板的方法，其中所述檢測所述信號包括接收由所述第一材料或第二材料的至少一個元素產生的光學發射光譜(OES)信號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的蝕刻基板的方法，其中所述調整所述控制設置包括調整以下各者中的至少一者：提取電壓、應用於所述處理設備的電漿室的RF功率、所述基板與所述提取板之間的分離、所述電漿室的壓力、用於脈衝離子束的離子束工作迴圈及應用於固持所述基板的基板固持器的掃描速度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的蝕刻基板的方法，更包括：接收包括以下各者中的至少一者的初始離子束輪廓：初始離子角度、初始離子能量及初始離子電流；響應於所接收到的所述初始離子束輪廓，使用控制設置的預備設定產生預備離子束；執行計量以測量所述預備離子束；以及調整所述控制設置的預備設定直到所述預備離子束匹配所述初始離子束輪廓為止。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的蝕刻基板的方法，其中所述第一離子束具有第一離子角分佈，且所述第二離子束具有不同於所述第一離子角分佈的第二離子角分佈。
  8. 一種蝕刻裝置結構的方法，包括：提供基板，所述基板包括安置於基板基底上的層堆疊及具有安置於所述層堆疊上的多個罩幕特徵的罩幕，所述層堆疊具有包含至少一個金屬層的多個層；使用處理設備的控制設置的第一設定將第一離子束導引穿過所述處理設備的提取板到所述層堆疊；檢測來自所述層堆疊的光學發射光譜(OES)信號，所述OES信號指示在所述層堆疊中被蝕刻的材料的從第一材料到第二材料的改變；基於所述第二材料將所述處理設備的控制設置調整到不同於所述控制設置的第一設定的控制設置的第二設定；以及使用所述控制設置的第二設定將第二離子束導引穿過所述提取板到所述層堆疊，其中所述將所述控制設置調整到所述控制設置的第二設定包括：將來自所述控制設置的第一設定的所述控制設置調整到與所述第二材料相關聯控制設置的預定設定；執行計量以測量使用所述控制設置的預定設定而導引穿過所述提取板的離子束的至少一個參數，所測量的所述至少一個參數 包括離子能量、離子束電流及離子角分佈；以及基於所述離子束的所測量的所述至少一個參數將所述控制設置的預定設定調整到所述控制設置的第二設定。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的蝕刻裝置結構的方法，其中所述第一離子束具有第一離子角分佈及第一離子能量，且所述第二離子束具有第二離子角分佈及第二離子能量，其中所述第一離子能量及第一離子角分佈中的至少一者分別不同於所述第二離子能量或第二離子角分佈。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的蝕刻裝置結構的方法，其中所述調整所述控制設置包括調整以下各者中的至少一者：提取電壓、應用於所述處理設備的電漿室的RF功率、所述基板與所述提取板之間的分離、所述電漿室的壓力、用於脈衝離子束的離子束工作迴圈及應用於固持所述基板的基板固持器的掃描速度。
  11. 一種處理設備，其包括：電漿源，其用以產生電漿室中的電漿；提取板，其沿著所述電漿室的一側安置，所述提取板具有用以在所述電漿室與基板之間施加偏壓時將離子束導引到基板的孔口；監視設備，其用以測量來自所述基板的至少一個信號；包括指令的至少一個電腦可讀存儲媒體；以及用以沿著第一方向掃描所述基板的基板固持器，所述指令在執行時致使所述處理設備： 識別來自所述基板的第一信號，所述第一信號指示在使用控制設置的第一設定將第一離子束導引到所述基板時材料的從第一材料到第二材料的改變；基於所述第二材料將所述處理設備的控制設置調整到不同於所述控制設置的第一設定的控制設置的第二設定；以及使用所述控制設置的第二設定將第二離子束導引穿過所述提取板到所述基板，其中所述離子束包括脈衝離子束，其中所述監視設備包括沿著所述第一方向佈置於相對於所述基板的多個不同位置處的多個光學發射光譜(OES)檢測器，其中所述第一信號為在所述多個位置中的第一位置處檢測的第一OES信號，且其中所述至少一個電腦可讀存儲媒體包括指令，所述指令在執行時致使所述處理設備：從來自所述多個位置中的第二位置的所述基板接收不同於所述第一OES信號的第二OES信號；以及響應於接收到所述第一OES信號及第二OES信號在沿著所述第一方向掃描所述基板期間調整所述脈衝離子束的離子束工作迴圈。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的處理設備，其中所述至少一個電腦可讀存儲媒體包括指令，所述指令在執行時致使所述處理設備：將所述控制設置調整到與所述第二材料相關聯的控制設置的預定設定； 執行計量以測量使用所述控制設置的預定設定而導引穿過所述提取板的離子束的至少一個參數，所述所測量的至少一個參數包括離子能量、離子束電流及離子角分佈；以及基於所述離子束的所測量的所述至少一個參數將所述控制設置的預定設定調整到所述控制設置的第二設定。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的處理設備，其中所述至少一個電腦可讀存儲媒體包括指令，所述指令在執行時致使所述處理設備：將所述離子束的所測量的所述至少一個參數與用於所述第二材料的目標離子束輪廓進行比較；以及調整所述控制設置直到滿足所述目標離子束輪廓為止。
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