エネルギー粒子ビームを使用した基板の表面処理方法及び装置
エネルギー粒子ビーム（４２）で基板（４４）を処理するための方法及び装置である。基板（４４）上の特徴（６６）は、エネルギー粒子ビーム（４２）に対して配向され、基板（４４）はエネルギー粒子ビーム（４２）を通して走査される。ビーム（４２）の長寸法（４９）に対して特徴（６６）を再配向するために、基板（４４）は、エネルギー粒子ビーム（４２）への露光から遮蔽される間に、対称な方位軸（４５）の周りで周期的に割り出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００７年９月１８日に出願した仮出願第６０／９７３，３１２号の優先権を主張する。本願は、２００３年８月１１日に出願した仮出願第６０／４９４，２８１号の優先権を主張して、２００４年８月１１日に出願した一部継続出願第１０／９１５，７４５号である。これらの文献の記載は参照として全体がここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は一般的に材料処理に関し、特に、エネルギー粒子ビームで基板の表面を処理するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
スパッタ堆積及びイオンビーム堆積（ＩＢＤ）は、薄膜材料の堆積のためのよく知られた方法である。これらの堆積工程では、基板上に、基板にわたる堆積材料の分布及び特性に影響を与える特定のトポグラフィー特徴を有する基板上への堆積が必要とされる。例えば、薄膜がフォトレジスト特徴のパターン上堆積されるリフトオフ堆積処理は、多くの重要な薄膜デバイス製造工程に使用されている。
【０００４】
ＩＢＤは、低工程圧力及び方向性堆積を含む特異な工程の利点のために、リフトオフ堆積に特に適している。結果として、リフトオフ段階は、極めて鮮明であり、０．５ミクロン未満の限界寸法まで反復可能である。主にこれらの利点のために、ＩＢＤは、安定化材料の堆積に続いてリフトオフ段階が必要とされる薄膜磁気ヘッドの安定化層を堆積するための主要な方法となった。優れたリフトオフ特性に加えて、ＩＢＤ膜は極めて優れた磁気特性を有する。ＩＢＤ堆積膜の特性を最適化するために、基板は、異なる角度に傾斜され、傾斜によってもたらされる非均一性を平均化するために回転され得る。
【０００５】
図１を参照すると、ＩＢＤシステムは一般的に、イオンの高エネルギービームを堆積される材料のターゲット１４に向ける蒸着銃１０を備える。スパッタされるターゲット材料のビーム１６を発生させるために、イオンビーム１２は、ターゲット１４上の有限の限定された源領域から材料をスパッタする。基板１８は、固定具２０上に保持され、ビーム１６が基板１８に衝突するように配置される。ターゲット１４は、ほぼ基板１８のサイズであり、ターゲット１４から数基板直径に相当する距離離れて配置される。固定具２０は、基板１８表面の法線が、堆積束１６の方向に対して角度θ傾斜し、表面法線の周りに基板１８を連続的に回転するように構成される。
【０００６】
ビーム１６の発散角は、ターゲット１４と基板１８との間の位置関係に依存する。工程チャンバにおいて隣接する成分のイオンビームスパッタリングを防止するために、イオンビーム１２がターゲット１４上に集束されるため、発散角への寄与が生じる。発散角への別の寄与は、堆積率低下のために制限されるターゲットと基板との距離に由来する。
【０００７】
ＩＢＤシステムにおけるビーム発散は、フォトレジストパターンに特徴的な特徴等、基板表面から突出する特徴による基板表面の非対称遮蔽を引き起こす。このため、堆積材料が、特徴に対して非対称な堆積形状を有するようになり、リフトオフが可能な領域を減少させ、且つ磁気特性均一性を低下させる。
【０００８】
基板は、表面法線が、典型的にターゲットの中心である、基板とスパッタターゲット上の堆積束源領域との間の直線と一致するように束方向に対して配向され、その中心線の周りで回転し得る。一方で、基板は、外側の特徴または特徴の半径方向最外側によって常に遮蔽される。特徴と基板中心線との間の半径方向距離の増加及び堆積束の発散の増加につれて、外側上の遮蔽程度が増加する。結果として得られる堆積形状は、著しく非対称である。
【０００９】
堆積の間にターゲットと基板との間の直線に対して表面法線を傾斜すると、特徴の外側上の基板遮蔽を減少させることによって、堆積形状の対称性が向上する。しかしながら、以下に述べるように、基板は回転するため、特徴の外側及び内側上での基板遮蔽の性質は、特徴の方位軸に依存する。
【００１０】
図２Ａ及び２Ｂは、基板中心と周縁部との間の位置で、基板２１から突出する特徴２６の内側及び外側による基板２１上の遮蔽外観を図示する。図２Ａは、基板に対して第１方位角に向けられ、ＩＢＤシステムのターゲット２８に対して傾斜した特徴２６を示す。特徴２６の外側は、距離２４にわたって基板２１を遮蔽する。特徴２６の内側は、基板２１を遮蔽しない。図２Ｂは、基板２１に対して、第１方位角と正反対の角度位置に特徴２６を配置する第２方位角に向けられた特徴２６を示す。特徴２６の内側は、距離２２にわたって基板２１を遮蔽する。該距離２２は、距離２４より小さい。特徴２６の外側は、第２方位角では基板２１を遮蔽しない。
【００１１】
基板の傾斜にかかわらず、特徴２６の外側での距離２４にわたる基板２１の遮蔽は、内側による距離２２にわたる基板の遮蔽とは異なる。特に、堆積される材料の外形は、特徴２６の側壁に隣接する特徴２６の内側及び外側で異なる。詳細には、外側に隣接する距離２４にわたる遮蔽が長いほど、内側に隣接する部分より堆積される材料のテーパーが比較的長くなる。
【００１２】
基板２１が第１方位角に向けられている場合、ターゲット２８から事実上離れているため、特徴２６の外側の遮蔽された基板の領域は、堆積率がより低い。基板２１が第２方位角に向けられている場合、ターゲット２８により近いため、内側の基板領域は、堆積率がより高い。従って、外側領域はターゲット２８から離れているため、堆積される材料は特徴２６の外側でより薄い。ターゲット２８のビーム発散に由来する堆積率の非対称性及び差異は、基板２１の中心からの半径方向の距離が増加するにつれて増加する。
【００１３】
基板中心からの半径方向の距離が特徴２６と同一である特徴３０は、堆積率において特徴２６と同一の非対称性及び差異を有する。一方で、特徴３２がその側壁に隣接する基板２１を対称に遮蔽するため、堆積される材料は、基板の中心で特徴３２のまわりで対称である。その他の種類の表面処理、例えばエッチングは、特徴２６及び３０の周囲で同様の非対称処理外形を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、基板表面から突出する特徴に隣接する内側と外側とでの堆積材料の非対称性を除去、または少なくとも著しく低減することが可能な方法を提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施形態によると、基板を処理するシステムは、エネルギー粒子ビームを放射するように構成されたソースを含む真空チャンバを備える。ソースは、長寸法を有し、ビームは長寸法の少なくとも一部分にわたって実質的に均一な束分布を有する。真空チャンバは、ビームが基板に衝突する処理区域を備える。システムはさらに、真空チャンバ内部にソースから離間されたて配置された固定具を備える。固定具は、基板を支持するように構成された第１ステージと、基板に対して第１ステージを並進させる第２ステージとを備える。第１ステージは、方位軸のまわりで基板を異なる角度方向に向けるように構成される。第２ステージは、各々の異なる角度方向を有して処理区域を通って、第１ステージが基板の方向を変更するために使用する処理区域外部の停止領域まで基板を並進させることができる。
【００１６】
本発明の別の実施形態によると、基板を処理する方法は、その長寸法の少なくとも一部分にわたって実質的に均一な束分布を有するエネルギー粒子ビームを提供する段階を含む。前記方法はさらに、基板上の特徴をビームの長寸法と実質的に平行に整列する段階と、ビームに対して基板を移動する段階と、移動の少なくとも一部分の間に処理区域においてエネルギー粒子に基板を露光する段階とを含む。
【００１７】
基板がエネルギー粒子ビームの長寸法に対して回転せずに移動する場合、特徴の一側上で処理が実施され得る。ここで述べるように、基板表面処理の各サイクルの後に基板が１８０°回転する場合、特徴の両側に隣接する基板が処理され得る。
【００１８】
本発明の様々な課題及び利点は、例示的実施形態の添付図面及びその詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本願明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、上述の発明の一般的説明及び以下の実施形態の詳細な説明と共に、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明の原理を説明するための役割を果たす。
【００２０】
【図１】従来技術によるＩＢＤシステムの図である。
【図２Ａ】図１の従来型ＩＢＤシステムの基板上の特徴による非対称な堆積外形を示す図である。
【図２Ｂ】図１の従来型ＩＢＤシステムの基板上の特徴による非対称な堆積外形を示す図である。
【図３】本発明による基板処理装置の側面図である。
【図３Ａ】図３の一部の詳細図である。
【図３Ｂ】ソースに対する開口部の位置を調整する性能を示す図３のシールドの斜視図である。
【図３Ｃ】開口部の幅を調整する性能を示す図３のシールドの斜視図である。
【図４Ａ】ソース、開口部、及び基板の間の位置関係を図示する図３の基板処理装置の斜視図である。
【図４Ｂ】ソース、開口部、及び基板の間の位置関係を図示する図３の基板処理装置の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態による処理方法の初期段階での図３の基板処理装置の斜視図である。
【図５Ａ】処理中の基板から突出する特徴の１つの方向を図示する図５の一部の詳細図である。
【図６】処理方法の後続段階での図３の基板処理装置の斜視図である。
【図６Ａ】処理中の開口部を通過する間に処理を施される図５Ａの特徴の断面図である。
【図７】処理方法の後続段階での図６の基板処理装置の斜視図である。
【図８】処理方法の後続段階での図６の基板処理装置の斜視図である。
【図９】処理方法の後続段階での図６の基板処理装置の斜視図である。
【図９Ａ】基板が１８０°回転した後、且つ処理サイクルの後半サイクルの直前の処理中の図６Ａの特徴を図示する詳細図である。
【図１０】処理方法の後続段階での図９の基板処理装置の斜視図である。
【図１０Ａ】再度１８０°回転した特徴が開口部を通過する間に処理を施される図９Ａの特徴の断面図である。
【図１１】処理方法の後続段階での図１０の基板処理装置の斜視図である。
【図１２】処理方法の後続段階での図１０の基板処理装置の斜視図である。
【図１３】処理方法の後続段階での図１０の基板処理装置の斜視図である。
【図１３Ａ】処理中及び全サイクル後の特徴の方向を図示する図１３の一部の詳細図である。
【図１４】本発明の別の実施形態による基板処理装置の斜視図である。
【図１４Ａ】本発明の別の実施形態による基板処理装置の斜視図である。
【図１５】本発明の別の実施形態による基板処理装置の斜視図である。
【図１６】本発明の別の実施形態による基板処理装置の側面図である。
【図１６Ａ】図１６の一部の拡大図である。
【図１６Ｂ】図１６の基板処理装置の斜視図である。
【図１７】本発明の別の実施形態による基板処理装置の底面図である。
【図１８】図１７の一部の拡大上面図である。
【図１９】本発明の別の実施形態による図１８と類似の部分の上面図である。
【図２０】本発明の別の実施形態による基板処理装置の斜視図である。
【図２１】本発明の別の実施形態による基板処理方法の後続段階での図２０と類似の斜視図である。
【図２２】本発明の別の実施形態による基板処理方法の後続段階での図２０と類似の斜視図である。
【図２３】本発明の別の実施形態による基板処理方法の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図３及び３Ａを参照すると、処理装置４０は、ソース５０を備え、該ソースは好ましくは長方形であるがそれに限定されるものではなく、エネルギー粒子ビーム４２を放射するように構成される。ソース５０からのエネルギー粒子は、基板４４をエッチングする、基板４４上に薄膜または薄層を堆積する、あるいは基板４４を処理し得る。ソース５０は開口部５４の幾何学的形状と類似した幾何学的形状を有し得、基板４４を処理しないソース５０からのビームの使用されない部分を減少させる。ソース５０は、長軸または寸法４９（図４Ａ）及び短軸または寸法５１（図４Ａ）によって特徴付けられる。ビーム４２は、ソース５０の長寸法４９に沿った実質的に均一な光束分布を有する。
【００２２】
処理装置４０は、周囲環境から隔離された真空チャンバ４６を備える。真空チャンバ４６は、当業者によって認識されるように、真空ポンプ４８によって適切な真空圧に排気してよい。処理された基板４４を処理されていない基板４４と交換するために、真空チャンバ４６内部にアクセスするためのシール可能なポート（図示せず）が真空チャンバ４６内に設けられる。
【００２３】
ビーム４２のソース５０は、薄膜堆積、エッチング加工、反応性イオンエッチング加工、スパッタリング加工、またはその他のイオンビーム処理を実施するためのエネルギー粒子を生成することが可能な任意のイオンビーム源である。例えば、ソース５０は、薄膜堆積を提供する任意の材料のスパッタリングターゲットを備えたマグネトロンであってよい。別の実施例では、基板表面のエッチングを提供する開口部５４方向へとエネルギー粒子を放射するための平面または凹状グリッドイオン光学系を備えた長方形イオンビーム源５０である。本発明の好ましい実施形態では、ソース５０は、不活性ガスイオンビーム及びガスイオン源を提供するターゲットに隣接したプラズマを閉じ込めるマグネトロンによってスパッタリングされる堆積材料のターゲットを備えるイオンビーム堆積（ＩＢＤ）源である。ここでは、このようなソース５０、特に長方形のソース５０について、当業者が理解するためのさらなる説明は必要としない。
【００２４】
基板４４及びソース５０は、異なる平行面に配置される。シールド５２は、開口部５４が基板４４の面と実質的に平行な面に配置されるように、基板４４とソース５０との間の中間位置に配置され得る。任意のシールド５２は、ビーム４２がそれに沿って均一であるソース５０の長寸法４９（図４Ａ）と実質的に整列された長軸または寸法６５（図４Ａ）によって特徴付けられる長方形の穴または開口部５４を備える。シールド５２における開口部５４は、ソース５０から放射されるエネルギー粒子の一部分のみ、好ましくはエネルギー粒子の過半数が開口部５４を通って伝わり、基板４４の処理領域または区域３８に衝突して基板４４を処理するように、ビーム４２を平行にする。典型的に、開口部５４の長寸法６５（図４Ａ）は、基板４４の直径より大きく、開口部５４の短寸法６４（図４Ａ）は、基板４４の直径より小さいかまたは同一である。基板４４が移動しているときに、処理区域３８の位置は固定されたままである。
【００２５】
ここで、「垂直」、「水平」などの用語は、理論構成の枠組みを構築するために例示の目的で言及するものであり、限定を目的とするものではない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々なその他の理論構成の枠組みが採用され得ることを理解されたい。例えば、基板４４がソース５０の上部に位置するように、ソース５０と固定具５５の配置を逆にしてもよい。
【００２６】
引き続き図３及び３Ａを参照すると、基板４４は、回転ステージ５６の方位軸４５の周りの少なくとも１つの回転方向に基板４４を回転するように構成された回転ステージ５６を有する２段固定具５５によって保持及び支持される。方位軸４５の周りに基板４４が回転することによって、ビーム４２の方向に応じて基板４４上の特徴６６（図５Ａ）の方向が変化する。回転ステージ５６を支持する固定具５５の並進ステージ５８は、開口部５４に対して基板４４を直線的且つ双方向に（すなわち可逆的に）移動または並進させるように構成される。並進ステージ５８は、基板４４とソース５０との間に介在するシールド５２における開口部５４の対向する側の束遮蔽位置に基板４４を配置するのに適した動作範囲にわたって移動することができる。ステージ５６及び５８の移動は、基板４４が回転せずにステージ５８によって並進することができ、逆に、基板４４が並進せずにステージ５６によって回転することができるように、互いに独立している。並進ステージ５８は、基板４４を開口部５４の長寸法６５（図４Ａ）にほぼ垂直方向に並進させる。
【００２７】
本発明の別の実施形態では、並進ステージ５８を、基板面に平行な面における比較的大きな曲率半径の周りに基板４４及び回転ステージ５６を回転させる平床ステージ（図示せず）と置き換えてもよい。平床ステージによって移動された場合に基板４４がたどるカーブの半径は、開口部５４の短寸法６４にわたってほぼ直線的となるよう十分大きい。好ましくは、ソース５０及び開口部５４の中心、並びに固定具５５がたどる弧は、ソース５０から開口部５４までの距離を超える曲率半径を有する円筒形面にある。
【００２８】
図４Ａを参照すると、ソース５０に対する開口部５４の位置は、ビーム４２から基板４４に衝突するエネルギー粒子（すなわち、粒子束）の入射角を決定する。ソース５０は、その長寸法４９にわたる中心線５９を有する線源であると考えてよい。粒子束の平均入射角αは、図４Ａにおいてアルファベット「ｍ」と表示されるソース５０の中心線５９から縁部６０、６２間に定義された開口部５４の中線までの距離によって与えられる除数で割られた図４Ａにおいてアルファベット「ｎ」と表示されるソース５０の中心線５９から任意のシールド５２の面までの垂直距離によって与えられる被除数の商の逆サインとして定義される。中心線５９から開口部５４の中心までの距離が増加するほど平均入射角が増大する（すなわち、傾斜が大きくなる）ことは明らかである。
【００２９】
図４Ｂを参照すると、開口部５４の短寸法６４（図４Ａ）はビーム４２の整列を定める。整列角度は、ソース５０から開口部５４の対向する縁部６０、６２までの範囲を定める角度円弧から定められ、平均入射角周囲の粒子束の角度分布を定義する。縁部６０は。ソース５０から最も遠く、縁部６２はソース５０に最も近い。シールド５２における縁部６０、６２間の距離は、開口部５４の短寸法６４を特定する。開口部５４はさらに、短寸法６４と垂直な長寸法６５を有する。整列角度φは、中心線５９から縁部６０までの距離によって与えられる除数で割られた距離ｎによって与えられる被除数の商の逆コサインから中心線５９から縁部６２までの距離によって与えられる除数で割られた距離ｎによって与えられる被除数の商の逆コサインを引いた差に等しい。縁部６０、６２間の距離の減少によって堆積粒子束の整列角度が減少し得ることは明らかである。
【００３０】
図３Ｂ及び３Ｃを参照すると、好ましくは、シールド５２は、ソース５０の長寸法４９（図４Ａ）に垂直な方向に相対的に移動可能な２部材５２ａ、５２ｂを備え得る。図３Ｂに示すように、開口部５４の位置は、部材５２ａ、５２ｂをソース５０に向かう方向、またはソース５０から離れる方向に移動させることによって、ソース５０に対して調整することができる。この開口部５４の再配置は、基板４４の面に対するビーム４２の平均入射角の変更に有効である。部材５２ａ、５２ｂの移動は、図４Ａに示す配置に対して平均入射角が増加するように図示されているが、それに限定されるものではない。図３Ｃに示すように、開口部５４の短寸法６４（図４Ａ）は、縁部６０、６２間の距離が変化するように部材５２ａ、５２ｂを互いに対して移動させることによって調整することができる。この開口部５４の幅の調節は、処理領域３８にわたるビーム４２の整列角度の変化に有効である。部材５２ａ、５２ｂの移動が、短寸法６４より大きな短寸法６４ａを提供するように図示されており（図４Ｂ）、この場合、図４Ｂに示す配置に対して整列角度を増加させる。しかしながら、部材５２ａ、５２ｂの縁部６０、６２が接近するように移動させると、図４Ｂに示す配置に対して整列角度を減少させる。
【００３１】
図３、３Ａ、４Ａ及び４Ｂと同様の特徴に同様の参照符合を付した図５〜１３を参照すると、基板４４をエネルギー粒子のビーム４２に曝露する方法は、基板４４から上部方向に突出する特徴６６の両側に対称な処理形状を提供することが記載されている。ビーム４２は、基板４４上に薄膜として増加的に堆積する堆積材料のビームとして記載されるが、本発明はそれに限定されるものではない。代わりに、ビーム４２は、スパッタリング、化学反応、またはそれらの組合せによる基板４４のエッチング、基板４４表面からの汚染物除去、または基板４４への別の種類のイオンビーム処理の実施も可能である。本方法は単一の工程サイクルまたは２つの区別可能な半サイクルを含む工程順序の点から説明されるが、堆積される薄膜を厚くするため、または所望の表面処理を達成するために繰り返しまたは反復してよい。
【００３２】
特に図５及び５Ａを参照すると、基板４４がシールド５２によってソース５０から遮蔽されるホームポジションにおいて、基板４４が固定具５５上に取り付けられる。従って、ホームポジションではビーム４２は基板４４を処理しない。基板４４がホームポジションに固定されている間、図５Ａにおいて明らかな特徴６６によって例示された特徴６６の各々が、開口部５４の長寸法６５と一般的に平行である第１及び第２側壁６８、７０を備え、且つ側壁６８が縁部６０に最も近くなるように、固定具５５の回転ステージ５６は、基板３３を方位軸４５の周りに配置する。
【００３３】
特徴６６は、例えばパターン形成されたフォトレジスト層の一部であってよい。そのために、例えばスピン工程でレジストを基板４４に適用し、特徴６６に典型的な潜在突出画像パターンを与えるフォトマスクを通して投射される放射線に曝露させ、現像して潜在画像パターンを最終画像パターンへと変換する。基板４４がビーム４２で処理された後、基板４４からレジストを取り除く。パターン形成されたレジストの特徴６６は、処理装置４０における堆積材料の層７１の堆積に続くリフトオフ工程でのマスクとして使用してよい。
【００３４】
エネルギー粒子のビーム４２を発生させるためにソース５０を稼動する。該エネルギー粒子のビーム４２は、シールド５２における長方形の開口部５４方向に向けられる。開口部５４を通るビーム４２の投射は、基板４４の面における処理領域３８を画定する。基板４４は、固定具５５によって処理領域３８に配置されると、エネルギー粒子のビーム４２に曝露される。
【００３５】
図６及び６Ａを参照すると、固定具５５の並進ステージ５８は、シールド５２より下部の面で長方形の開口部５４を超えて基板４４を並進させる。並進は、開口部５４の長寸法６５に実質的に直交する方向である。基板４４は、ソース５０と開口部５４と同一視線上にあり、ビーム４２は基板４４の曝露された表面に衝突し、ビーム４２におけるエネルギー粒子が表面処理を提供する。この例示的実施形態では、ビーム４２中のエネルギー粒子は、基板４４上に堆積された堆積材料の層７１中に存在する。
【００３６】
特徴６６は、側壁６８の基部に隣接する基板４４へのビーム４２の視線を遮蔽しないため、層７１は、特徴６６の側壁６８の基部まで広がる。しかしながら、特徴６６は、幅７４にわたって側壁７０に隣接する基板４４を遮蔽する。結果として、ビーム４２からのエネルギー粒子は側壁７０に隣接する基板４４の部分に作用せず、サイクルのこの部分の間に、幅７４にわたって層７１は堆積されないかまたは厚くならない。
【００３７】
各特長６６が装置整列角度の全範囲（図４Ｂ）にわたってビーム４２に連続的に曝露されるため、縁部６０、６２間の短寸法６４（図４Ａ）を横切るビーム発散は、基板４４上の異なる位置の特徴６６の間で、側壁７０に隣接する層７１の形状に変化をもたらさない。さらに、長寸法４９に沿ったビーム４２の粒子束分布の均一性は、基板４４の表面にわたる層７１の形状及び厚さの均一性を促進する。
【００３８】
図７及び８を参照すると、並進ステージ５８の動作は、長方形の開口部５４を超えた後、シールド５２の下の終点で停止する。終点で、基板４４は静止し、シールド５２によってビーム４２の基板４４への到達が遮蔽される。基板４４が、長方形の開口部５４に向かって再び開口部５４の長寸法６５に実質的に直交する方向に戻るように、ステージ５８の並進方向は、逆となる。ビーム４２におけるエネルギー粒子が表面処理を提供するように、処理領域３８にある間に、基板４４の露出した表面は、再びビーム４２に曝露される。別の厚さの層７１が基板４４上に堆積される。ホームポジションへと戻る経路にわたって、特徴６６は依然として側壁６８の基部に隣接する基板４４へのビーム４２の視線を遮蔽しないため、再度、層７１が側壁６８の基部まで均一に堆積されるかまたは厚くなる。しかしながら、特徴６６は、幅７４にわたって側壁７０に隣接する基板４４を遮蔽する。結果として、ビーム４２からのエネルギー粒子は側壁７０に隣接する基板４４の部分に衝突せず、処理サイクルのこの部分の間に、幅７４にわたって層７１は堆積されないかまたは厚くならない。
【００３９】
図９を参照すると、並進ステージ５８は、シールド５２によってビーム４２の基板４４への到達が遮蔽されるホームポジションに基板４４を戻す。固定具５５がこのホームポジションにおいて静止している間、側壁７０が縁部６０に最も近く、側壁６８が縁部６０から離れるように、回転ステージ５６は方位軸４５の周りに１８０°基板４４を回転させる。側壁６８，７０は、通常、１８０°回転後、開口部５４の長寸法６５と平行に並ぶ。
【００４０】
図１０〜１２を参照すると、側壁７０の基部に隣接する基板４４の領域（図６Ａに示す幅７４）が、側壁６８の基部に隣接する基板４４の領域（幅７２）と同一の表面処理を受けるように、図６〜８に示す手順を繰り返す。言い換えると、幅７２及び７４にわたって基板４４上に形成される層７１の厚さは無視して、幅７２及び７４は等しい。基板４４が開口部５４の下に位置している間（図１０及び１２）、ビーム４２からのエネルギー粒子が基板４４を処理する。従って、別の厚さの層７１が基板４４上に堆積される。
【００４１】
特徴６６は側壁７０の基部に隣接する基板４４へのビーム４２の経路を遮蔽しないため、開口部５４の下での２回の通過のそれぞれを通して、層７１が側壁７０の基部まで厚くなる。しかしながら、特徴６６は、幅７２にわたって側壁６８に隣接する基板４４を遮蔽する。結果として、ビーム４２からのエネルギー粒子は側壁６８に隣接する総７１の部分に作用せず、サイクルのこの部分の間に、幅７２にわたって層７１は堆積または厚くならない。
【００４２】
基板４４が並進ステージ５８によって図１３におけるホームポジションに戻されると、特徴６６の側壁６８が再度縁部６０に最も近くなるように、回転ステージ５６は方位軸４５の周りに１８０°基板４４を回転させる。目標とする処理結果を得るために、図５〜１３の部分における手順を複数サイクル繰り返す。一例として、また説明したように、材料堆積の目標とする厚さを提供するのに十分な複数のサイクル手順を繰り返す。層７１において、堆積材料の目標とする厚さに達した後、特徴６６を基板４４から取り除いてよい。
【００４３】
本発明の別の実施形態では、側壁６８、７０が開口部５４の長寸法６５と通常平行に並び、側壁６８が縁部６０に最も近く、基板４４が方位軸４５の周りに１８０°回転した状態で、図６〜８に示す半サイクルを、開口部５４を超えて複数回繰り返してよい。その後、側壁６８、７０が開口部５４の長寸法６５と通常平行に並び、側壁７０が縁部６０に最も近い状態で、図１０〜１２に示す半サイクルを実質的に同じ回数繰り返す。好ましくは、２つの半サイクルの順番は、ここに記載したように交互である。言い換えると、方位軸４５の周りに１８０°回転して特徴６６の方向を転換する前に、基板４４は処理領域３８を複数回並進する。
【００４４】
処理手順の結果、特徴６６が開口部５４の長寸法６５（図４Ａ）に対して交互に並び、ビーム４２に対して並進するため、いずれの側壁６８、７０も特徴６６の内側または外側を構成しない。その結果として、特徴６６の側壁６８，７０に隣接した基板４４上に対称な堆積または処理外形が得られる。さらに、堆積または処理外形は、基板４４の中心に対する径方向依存性を示さない。
【００４５】
別の実施形態では、静的エッチングまたはビームの斜入射の下でのその他のウエハ表面処理を実施するために処理装置４０を採用してもよい。この実施形態では、毎回半サイクルが終了した後にホームポジションにおいて基板４４を方位軸４５の周りに１８０°回転する段階を省略する。図５〜９に示す半サイクル、または図９〜１３に示す半サイクルのいずれかを参照すると、基板４４の角度方向を変更するために回転ステージ５６を使用せずに、開口部５４を超えて基板４４は並進する。
【００４６】
本発明の別の実施形態では、基板４４は静止した状態で支持され、堆積束が基板４４の表面にわたって走査するようにソース５０及び開口部５４が基板４４に対して移動してもよい。
【００４７】
図３〜１３と同様の特徴に同様の参照符合を付した本発明の別の実施形態による図１４及び１４Ａを参照すると、ソース５０ａによって放射されるビーム４２は、固定具５５の動作面に対して対称なエネルギー粒子の束分布を有する。シールド５２は、開口部５４と長寸法６４及び短寸法６５において同一の第２長方形の開口部５４ａを備える。長方形の開口部５４、５４ａは、好ましくはソース５０の中心線５９に対して対称（すなわち、エネルギー粒子プルーム分布に対称）に配置されるが、本発明はそれに限定されるものではない。基板４４が、並進ステージ５８によって長方形の開口部５４、５４ａを超えて並進される場合、この対称性によって、特徴６６の両方の側壁６８、７０（図５Ａ）に隣接する実質的に同一である表面処理（例えば堆積またはエッチング）がもたらされる。本発明のこの実施形態では、基板４４から突出する特徴６６の側壁６８、７０の基部に隣接する対称な基板処理を行うために、方位軸４５の周りに１８０°回転させる必要はない。
【００４８】
図３〜１３と同様の特徴に同様の参照符合を付した本発明の別の実施形態による図１５を参照すると、処理装置４０の真空チャンバ４６は、それぞれソース５０と実質的に同一である少なくとも２つの複数のソース８０、８２を備えてよく、放射されるエネルギー粒子は異なる特性または同一の特性を有してよい。ソース８０、８２の各々は少なくとも２つの長方形の開口部８４、８６の一つに対応するものであり、開口部８４、８６の各々は開口部５４と実質的に同一である。開口部８４を通して見られるようなソース８０の視線上にある場合のみ、基板４４にソース８０からのエネルギー粒子が衝突するように、処理装置４０が構成され、ソース８０及び開口部８４が配置される。同様に、開口部８６を通して見られるようなソース８２の視線上にある場合のみ、基板４４にソース８２からのエネルギー粒子が衝突するように、処理装置４０が構成され、ソース８２及び開口部８６が配置される。ソース８０、８２を、多層構造の個々の層を堆積するために使用してもよい。また、基板４４をエッチングするためにソース８０を使用し、基板４４上に層を堆積するためにソース８２を使用してもよく、または、基板４４上に層を堆積するためにソース８０を使用し、基板４４上の層に傾斜した入射角の下でイオンビーム処理を行うためにソース８２を使用してもよい。追加の層の堆積、追加のドライエッチングの実施、または基板４４のイオンビーム処理のために、真空チャンバ４６内部に２つより多くのソースと、関連する開口部とが存在するため、本発明による表面処理のその他の組合せが達成される。
【００４９】
図３〜１３と同様の特徴に同様の参照符合を付した本発明の別の実施形態による図１６、１６Ａ及び１６Ｂを参照すると、本発明の有利な特性を維持しつつ、処理装置４０の真空チャンバ４６からシールド５２（図３、３Ａ‐Ｃ）を除くことができる。このために、処理装置４０は、ソース９０（図１６Ｂ）の長寸法８９の少なくとも一部に沿って実質的に均一な粒子束分布を有するエネルギー粒子のビーム４２を放出するよう構成されたソース９０を備え、該ソースは好ましくは長方形であるがそれに限定されるものではない。ビーム４２は、基板４４の動作方向と平行に制限され、長寸法８９の少なくとも一部に沿って実質的に均一な粒子束分布を提供するように成形される。ソース９０はさらに、長寸法８９に直交する短寸法９１（図１６Ｂ）によって特徴付けられる。当業者に理解されるように、ソース９０からのエネルギー粒子は、基板４４のエッチング、基板４４上に材料の薄膜または薄層の堆積、または基板４４の処理を行うことができる。シールド５２の除去は、そのようなシールドから物理的にスパッタされる材料に由来する基板汚染の可能性を減少させるために有利である。
【００５０】
エッチング等の表面処理に適した線形イオン源９０は、Ｖｅｅｃｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ（Ｗｏｏｄｂｕｒｙ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）から市販されている線形アノード層イオン源の製品ラインを含むがそれらに限定されるものではない。前記イオン源は、１００ｅＶから１８００ｅＶのビームエネルギー及び最大３０ｍＡ／直線ｃｍのビーム電流を有する。これらの線形イオン源９０のビーム４２は、ビーム４２の横断面の一方の寸法が他方より大きいような高アスペクト比を有する。基板４４は、ビーム４２を通り抜けて一次元において並進する。これらの場合、ビーム４２の横断面は、基板４４の一寸法より大きな一寸法を有する。結果として、ビーム４２を一回以上通過すると、基板４４はイオンの均一な線量を受ける。
【００５１】
ここで説明したように、基板４４は前後に移動し、任意で周期的に回転するため、基板４４の面内において画定される処理領域または区域９４にわたってソース９０からのビーム４２中のエネルギー粒子が基板４４に衝突する。処理区域９４は、移動する基板４４が毎回の走査の間にビーム４２に曝露される全領域に及ぶと考えられ得る。処理区域９４にわたるソース９０の粒子束分布がソース９０の長寸法８９に沿って実質的に均一となるように、ソース９０の実質的に均一な部分が処理区域９４にわたって配置される。長寸法８９の少なくとも一部分に沿って実質的に均一な粒子束分布を有するエネルギー粒子のビーム４２を放出するソース９０の性能は、ビーム閉じ込め、成形及び視準のためのシール５２を提供する必要性を排除する。別の方法として、図示した前後の移動とは相違して、固定具５５の並進ステージ５８は、基板４４をソース９０の長寸法８９に対する円弧において並進させるように構成してもよい。
【００５２】
ソース９０によって放射されるビーム４２中のエネルギー粒子は、全処理区域９４にわたり、長寸法８９を横切る基板４４において、基板４４に垂直な表面に対して、または基板４４の面に対して測定された実質的に均一な入射角を有する。これは、ソース９０が平行または実質的に平行な軌道及び小さなビーム発散を有するエネルギー粒子を放射することによって可能となる。基板２２とソース９０との距離は、ソース強度及びビーム発散の観点から最適化される。当業者によって理解されるように、ソース９０は、平行または実質的に平行な軌道及び小さなビーム発散を提供するための視準を強化するために、平坦な光学格子または皿状の格子光学系を備えてよい。ソース９０からの成形ビーム４２は、処理区域９４を画定する。
【００５３】
特徴６６及び特徴６６を取り囲む基板４４をビーム４２におけるエネルギー粒子に曝露するために、基板４４は、ここに記載した多様な方法で処理区域９４を通して走査される。基板４４が処理区域９４の外側にある場合、基板４４はビーム４２に曝露されないかまたはわずかなエネルギー粒子にのみ曝露される。処理区域９４外部のエネルギー粒子束の部分は、典型的に全イオン束分布の約１０パーセント未満である。
【００５４】
基板４４は、処理区域９４の連続走査の間に、その方位軸の周りの面内で回転または割り出しされ得る。さらに詳細には、特徴６６が非対称（例えば長いヘッド）であるため、基板４４は、基板４４の動作範囲（つまり、直線往復）の端部またはその付近で方位軸４５の周りに回転または割り出しされ得る。ここで説明したように、固定具５５がこの方法で作動する場合、回転ステージ５６は、処理区域９４の連続走査の間に、処理区域９４の外側の位置で基板４４を方位軸４５の周りに１８０°回転または割り出しする。基板４４は処理区域９４を通る直線または円弧において走査されるため、これによって、特徴６６はソース９０の長寸法８９、ひいてはビーム４２に対して基板４４上に整列する。処理区域９４の外側での回転によって特徴の配置が変化するため、処理が完了すると、側壁６８の基部に隣接する基板４４上の幅７２及び同様の幅７４（図６Ａ、１０Ａ）の表面処理は、実質的に均一である。基板４４が方位軸４５の周りで角度が固定された並進ステージ５８とともに、処理区域９４を通って並進するように、回転ステージ５６及び並進ステージ５８の動作を制御する処理装置９５が備えられる。
【００５５】
また、ソース９０の長寸法８９に沿った実質的に均一なビーム４２の粒子束分布のために、基板４４の表面処理は実質的に均一である。短寸法９１におけるビーム４２の粒子束分布のいかなる非均一性も、処理区域９４を通る基板４４の移動によって平均化される。
【００５６】
ソース９０は、通常円弧９２に沿って画定される様々な位置の間で移動してよく、基板４４の動作方向に平行な方向及びソース９０の短寸法９１における処理区域９４内のビーム４２のエネルギー粒子の平均入射角の調節に有効である。そのために、ソース９０の対向する端部の各々は、基板４４の直線経路に対して旋回し得る対応する一対のアームの一方に支持される。該アーム９６は図１６に図示されている。基板処理の間、ソース９０は静止している。プラズマブリッジニュートラライザー（図示せず）をソース９０と連携し、ソース９０とともに旋回させてもよい。
【００５７】
動作範囲の端部の各々でビーム４２の外側に基板４４を完全に移動させるために、基板４４を長距離移動させる必要があり得る。ビーム４２から完全に離れるように基板４４を移動させるべき距離は、ビームの方向と基板動作面との間の角度に影響され得る。
【００５８】
図１６、１６Ａ及び１６Ｂと同様の特徴に同様の参照符合を付した本発明の別の実施形態による図１７を参照すると、固定具１００は、ソース９０に対して移動する基板４４を保持及び支持するように構成され、該ソース９０は、プラズマブリッジニュートライザー１２１を備える。固定具１００は、ソース９０に対して軸１０１に沿って固定具１００を直線的且つ双方向（すなわち可逆的）または前後（すなわち往復）に移動する線形アクチュエータ１０２から延びるアーム９８の一端において支持される。線形アクチュエータ１０２は、アーム９８と連結された駆動出力１１０と、移動のために駆動機構１０４及びアーム９８がそれぞれベアリング１０７、１０８によってそこに連結された一対の固定レール１０５、１０６と、を有する駆動機構１０４を備え得る。ベローズ１１２は、真空チャンバ４６と真空気密接合を提供し、線形アクチュエータ１０２の双方向移動に適合する。
【００５９】
固定具５５（図３、３Ａ）に関して上記で説明したように、固定具１００の双方向動作は、処理区域９４を通る基板４４を繰り返し走査するために使用することができる。この作動モードでは、線形アクチュエータ１０２は、ソース９０の長寸法８９（図１６Ｂ）にほぼ直交する方向に基板４４を並進する。処理区域９４の外側での回転によって特徴の配置が変化するため、処理が完了すると、側壁６８の基部に隣接する基板４４上の幅７２及び同様の幅７４（図６Ａ、１０Ａ）の表面処理は、実質的に均一である。
【００６０】
図１７及び１８を参照すると、固定具１００は、回転ステージ１２０の方位軸１２２の周りに少なくとも１つの回転方向に基板４４を回転するように構成された回転ステージ１２０を備える。回転ステージ１２０は、固定具５５の回転ステージ５６（図３、３Ａ）と同様の方法で作動する。基板４４が処理区域９４の外側にある場合、基板４４の方位軸１２２の周りでの回転は、ビーム４２の方向に対する基板４４上の特徴６６の配置を変更する。回転ステージ１２０の方位軸は、基板４４の方位軸４５と一致する。回転ステージ１２０及び線形アクチュエータ１０２によって駆動されるアーム９８の移動は、基板４４が回転せずに並進し、続いて並進せずに回転し得るように相互に独立である。
【００６１】
固定具１００の回転ステージ１２０は、線形アクチュエータ１０２のアーム９８を備えた旋回連結１２４またはジンバルによって枢動可能に搭載されている。旋回連結１２４は、回転ステージ１２０つまり基板４４の方位軸１２２を、軸１０１と実質的に直交する軸１１７に関して角度を適応させる性能を有した固定具１００を提供する。回転ステージ１２０の方位軸１２２を傾斜すると、回転ステージ１２０の方位軸１２２に対するビーム４２の入射角が変化する。基板４４が、処理区域９４の外側に基板４４を配置するために短縮された距離を直線的に並進することができるため、基板４４を傾斜させる性能は、線形アクチュエータ１０２のストロークを効果的に短縮する。回転ステージ１２０の軸１１７周りの傾斜は、ソース９０の長寸法８９に実質的に平行であり、基板４４でのビーム４２の有効な実質的均一性を維持するために作用する。
【００６２】
図１８と同様の特徴に同様の参照符合を付した本発明の別の実施形態による図１９を参照すると、固定具１００ａは固定具１００と類似して図示されている。固定具１００ａの回転ステージ１２０は、方位軸１２２と垂直な面内において回転ステージ１２０の動作を許容するベース１３０上に支持される。そのために、方位軸１２２がビーム４２の方向に対して傾斜している場合に、固定具１００には、ベース１３０に対してソース９０に向かう方向及び離れる方向における回転ステージ１２０の双方向並進を許容する機構が備えられる。この付加的自由度は、図１９において二方向矢印１３２で図式的に示されている。
【００６３】
本発明の実施形態によって、多様なデータ貯蔵及び半導体構造体に含まれるような基板上の対称な特徴の処理均一性、特徴寸法制御、及び処理外形の対称性における改善が得られる。本発明の実施形態は、３００ｍｍ以上のウエハなど、大表面積基板の処理に特に有利である。特に、本発明の実施形態は、対称な表面特徴の処理均一性、特徴寸法制御、及び処理外形の対称性を有するこのような基板のイオンビームエッチング（または堆積）を容易にする。
【００６４】
図１〜１９と同様の特徴に同様の参照符合を付した本発明の別の実施形態による図２０を参照すると、三次元特徴６６を備えた基板４４を面内に支持し、３つの制御された動作の軸でその配置を制御、多段土台または固定具１３４は、処理装置４０（図３）と連動して使用される。固定具１３４は、回転ステージ１３６と、傾斜ステージ１３８と、回転ステージ１３６及び傾斜ステージ１３８をイオン源９０に対して並進し、特にイオン源９０の長寸法８９（図１６Ｂ）に実質的に垂直な基板４４を並進するように構成された並進ステージ１４０とを備える。ステージ１３６、１３８、１４０による基板４４の移動は、相互に独立している。
【００６５】
回転ステージ１３６は、ステージ１３６の方位軸１４２の周りの少なくとも１つの回転方向に基板４４を回転するように構成され、該方位軸は、通常基板４４の方位軸４５と一致する。回転ステージ１３６に組み込まれた回転アクチュエータは、基板４４及び方位軸１４２の周りに基板４４を物理的に保持する回転ステージ１３６の一部の割り出し回転を提供するように制御される。傾斜ステージ１３８は、傾斜軸１４４の周りに回転ステージ１３６を傾斜させるように構成される。傾斜ステージ１３８に組み込まれた別の回転アクチュエータは、傾斜ステージ１３８及び基板４４を傾斜軸１４４の周りに傾斜させるように制御される。
【００６６】
並進ステージ１４０の移動は、イオン源９０の長寸法８９（図１６Ｂ）に対して直線的且つ双方向（すなわち可逆的）であり、二方向矢印１４５で図式的に示されている。特に、並進ステージ１４０は、イオン源９０の長寸法８９（図１６Ｂ）とほぼ直交する方向に基板４４を並進する。代表的実施形態では、並進ステージ１４０は、一対の隣接する平行なレールガイド１４７、１４８と、レールガイド１４７、１４８に対して直線並進させるためのレールガイド１４７、１４８と連結された台車１４９とを備える。双方向線形アクチュエータ（図示せず）は、台車１４９と連結され、台車１４９をレールガイド１４７、１４８に対して並進させるように作動する。固定具１３４が基板４４の位置を調整するために作動する場合、並進ステージ１４０の移動範囲は、ビーム４２の外側にある処理区域９４の対向する側の停止領域１５０、１５２に基板４４が配置されるように選択される。
【００６７】
方位軸１４２の周りの回転によって基板４４を割り出すことによって、ビーム４２（図３、３Ａ）の方向に対する基板４４上の特徴、例えば特徴６６（図５Ａ）の位置が変化する。以下で説明するように、走査方向に垂直な非対称性が重要である場合、角度の変化は１８０°とは異なり得る。
【００６８】
別の実施形態では、並進ステージ１４０を、基板面に平行な面内において比較的曲率半径の周りに基板４４及びステージ１３６、１３８を回転する平床ステージ（図示せず）と置き換えてもよい。平床ステージによって移動される場合、基板４４が移動する曲率半径は、開口部５４の長寸法６４にわたってほぼ線形である程度に十分大きい。好ましくは、ソース５０及び開口部５４の中心、並びに固定具１３４の中心が移動する円弧は、ソース５０と開口部５４との間の距離を超える曲率半径を有する円筒形面内にある。
【００６９】
図２０〜２２を参照すると、並進ステージ１４０は、基板４４を停止領域１５０内の位置に移動するように作動し、傾斜ステージ１３８は、線形イオン源９０からのビーム４２の方向に対して基板４４を傾斜した角度に設定するために、回転ステージ１３６を傾斜軸１４４の周りに旋回するように作動する。傾斜角は、ビーム４２の入射角を設定する。傾斜軸１４４は、エネルギー粒子ビーム４２の長寸法８９に実質的に平行である。
【００７０】
停止領域１５０、１５２の一方内にある間に、方位軸１４２の周りの回転ステージ１３６の初期角度が保存される。回転ステージ１３６及び基板４４の初期角度方向は、矢印１５４で示されている。一回の走査を実行するために、並進ステージ１４０は、基板４４及び特徴６６をビーム４２に曝露するように基板４４をビーム４２内及びビーム４２を通って（すなわち、処理区域９４を通過して）移動し、停止領域１５２に移動し、停止領域１５０に戻るように作動する。基板４４が図２１に示すように停止領域１５０に位置する間、回転ステージ１３６は、初期角度方向に対して固定増分角円弧を有する方位軸１４２の周りに基板４４を割り出すように作動する。基板４４の割り出しは、図２０における矢印１５４の角度方向と比較して半時計周り方向の矢印１５４に反映される。傾斜角は典型的に変化せず、ビーム４２を通る次の走査の間にビーム４２の入射角が変化しないことを意味する。
【００７１】
並進ステージ１４０は、さらなる走査において、再度基板４４を、ビーム４２を通して移動させ、停止領域１５０に戻すように作動する。基板４４をビーム４２で処理するために、連続した割り出し及び走査サイクルが行われる。例えば、図２２における角度方向に対して別の角度増分だけ基板４４を回転した別の走査サイクルを図２２に示す。図２０〜２２に示すサイクルは、ビーム４２を通した連続走査の間に、方位軸１４２の周りに基板４４を割り出すために、９０°の角度増分を反映する。
【００７２】
この方法は、基板４４上の画定された特徴６６の限界寸法（すなわち形状）制御を提供するために、基板４４上の円形または長方形フォトレジストあるいはハードマスク特徴６６をエッチングするために使用することができる。毎回のスライド通過の間、基板４４はビーム４２に方向を定められる。結果として特徴６６の側壁のエッチング形状は、基板４４に対するビーム４２の方向‐入射角及び方位角に基づいて制御することできる。基板４４を反復して停止領域１５０に停止し、方位軸１４２の周りに異なる角度方向に割り出した後、異なる方向の条件でさらにエッチングするためにビーム４２の下をスライドさせることができる。この方法を使用すると、特徴６６の側壁の形状及び特徴６６上のエッチングされた材料の再堆積を多段階処理によって制御することができる。
【００７３】
複数の割り出し／走査サイクルは、本発明のさまざまな実施形態によって想定される。方位軸１４２の周りで選択される基板４４の割り出しの数は、２つの異なる角度方向（例えば０°及び１８０°）、４つの異なる角度方向（０°、９０°、１８０°、２７０°）、または基板の全回転３６０°内でのさらに多くの異なる角度方向であってよい。例えば、３０°から６０°の角度増分を基板４４の割り出しに選択してよい。各角度方向の変更の角度増分は、典型的に３６０°の整数分数であり、１実施形態では、２分の１の整数分数未満である。図２１の通過数１と図２３の通過数３との間に示されるように、基板４４が方位軸１４２の周りに例えば０°から１８０°まで割り出される場合、特徴６６のビーム４２への曝露は均等となり得る。
【００７４】
２つの限界直角寸法を有する特徴６６（すなわち“四角”特徴）では、方位軸１４２の周りに９０°ずつ異なる方向での４回の走査が、基板４４上の特徴６６の処理に十分であり得る。全ての方向に限界寸法を有する特徴６６（すなわち“円形”特徴）では、方位軸１４２の周りで多くの異なる角度方向を含む走査を使用してよい。
【００７５】
線形イオン源９０を使用すると、イオン源９０のグリッドを安定したビーム光学のために適当な位置に維持し、スペーサを使用しないと同時に、比較的大きな基板（すなわち、３００ｍｍ基板）の完全なビーム露光が可能となる。スペーサを使用しないことによって代わりにビーム４２の空間均一性が向上する。
【００７６】
多段固定具１３４及びその使用方法は、向上した特徴形状制御、低下した内側／外側効果を提供し、且つ２００ｍｍ（８インチ）及び３００ｍｍ（１２インチ）ウエハ処理、並びにその他の寸法を有するウエハまたは基板の処理に適合する。
【００７７】
イオン源９０からのビームは、基板４４の材料のエッチングのための均一な高平行ビームの形成に使用され得る。しかしながら、当業者は基板２２上に材料を堆積するためにイオン源９０を使用できることが理解される。例えば、粒子源として線形マグネトロン、またはイオンビーム源として線形イオンビーム源を使用したエッチング処理に同様に堆積を実施することができる。
【００７８】
図２０〜２２と同様の特徴に同様の参照符合を付した本発明の別の実施形態による図２３を参照すると、イオン源９０をイオン源５０及び開口部５４を含むシールド５２と置き換えてもよい。この実施形態では、並進ステージ１４０の移動は、シールド５２の開口部５４に対して直線的且つ双方向（すなわち可逆的）である。特に、並進ステージ１４０は、シールド５２の開口部５４の長寸法６５（図４Ａ）にほぼ直交する方向に基板４４を並進させる。並進ステージ１４０の移動範囲は、開口部５４の対向する側であり、シールド５２の一部が基板４４とソース５０との間に介在する粒子束遮蔽位置に基板４４が位置するように選択される。当業者であれば、基板４４への長方形のビーム４２における平行な粒子源が示される図２３に示す実施形態を使用して、図２０〜２２に示す基板４４をビーム４２に露光する方法を実施することが可能なことも理解するであろう。
【００７９】
多様な実施形態によって本発明を図示し、これらの実施形態についてかなり詳細に説明したが、これらに本願発明または添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。追加の利点及び変形は当業者に容易に見出されるであろう。本発明はその広範な側面において、特定の詳細、代表的方法、並びに図示及び記載された例示的実施例に限定されるものではない。従って、出願人の通常の発明概念の精神または範囲から逸脱することなく、このような詳細からの逸脱がなされ得る。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 蒸着銃
１２ イオンビーム
１４、２８ ターゲット
１６、４２ ビーム
１８、２１、４４ 基板
２０、５５、１００ 固定具
２６、３０、３２、６６ 特徴
３８、９４ 処理領域
４０ 処理装置
４５ 軸
４６ 真空チャンバ
４８ 真空ポンプ
４９ 長寸法
５０、８０、８２、９０ ソース
５２ シールド
５４、８４、８６ 開口部
５６、１２０ 回転ステージ
５８、１４０ 並進ステージ
５９ 中心線
６０、６２ 縁部
６８、７０ 側壁
７１ 層
９２ 円弧
１０２ 線形アクチュエータ
１０４ 駆動機構
１０５、１０６ 固定レール
１０７、１０８ ベアリング
１１０ 駆動出力
１１２ ベローズ
１２１ プラズマブリッジニュートライザー
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００７年９月１８日に出願した仮出願第６０／９７３，３１２号の優先権を主張する。本願は、２００３年８月１１日に出願した仮出願第６０／４９４，２８１号の優先権を主張して、２００４年８月１１日に出願した一部継続出願第１０／９１５，７４５号である。これらの文献の記載は参照として全体がここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は一般的に材料処理に関し、特に、エネルギー粒子ビームで基板の表面を処理するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
スパッタ堆積及びイオンビーム堆積（ＩＢＤ）は、薄膜材料の堆積のためのよく知られた方法である。これらの堆積工程では、基板上に、基板にわたる堆積材料の分布及び特性に影響を与える特定のトポグラフィー特徴を有する基板上への堆積が必要とされる。例えば、薄膜がフォトレジスト特徴のパターン上堆積されるリフトオフ堆積処理は、多くの重要な薄膜デバイス製造工程に使用されている。
【０００４】
ＩＢＤは、低工程圧力及び方向性堆積を含む特異な工程の利点のために、リフトオフ堆積に特に適している。結果として、リフトオフ段階は、極めて鮮明であり、０．５ミクロン未満の限界寸法まで反復可能である。主にこれらの利点のために、ＩＢＤは、安定化材料の堆積に続いてリフトオフ段階が必要とされる薄膜磁気ヘッドの安定化層を堆積するための主要な方法となった。優れたリフトオフ特性に加えて、ＩＢＤ膜は極めて優れた磁気特性を有する。ＩＢＤ堆積膜の特性を最適化するために、基板は、異なる角度に傾斜され、傾斜によってもたらされる非均一性を平均化するために回転され得る。
【０００５】
図１を参照すると、ＩＢＤシステムは一般的に、イオンの高エネルギービームを堆積される材料のターゲット１４に向ける蒸着銃１０を備える。スパッタされるターゲット材料のビーム１６を発生させるために、イオンビーム１２は、ターゲット１４上の有限の限定された源領域から材料をスパッタする。基板１８は、固定具２０上に保持され、ビーム１６が基板１８に衝突するように配置される。ターゲット１４は、ほぼ基板１８のサイズであり、ターゲット１４から数基板直径に相当する距離離れて配置される。固定具２０は、基板１８表面の法線が、堆積束１６の方向に対して角度θ傾斜し、表面法線の周りに基板１８を連続的に回転するように構成される。
【０００６】
ビーム１６の発散角は、ターゲット１４と基板１８との間の位置関係に依存する。工程チャンバにおいて隣接する成分のイオンビームスパッタリングを防止するために、イオンビーム１２がターゲット１４上に集束されるため、発散角への寄与が生じる。発散角への別の寄与は、堆積率低下のために制限されるターゲットと基板との距離に由来する。
【０００７】
ＩＢＤシステムにおけるビーム発散は、フォトレジストパターンに特徴的な特徴等、基板表面から突出する特徴による基板表面の非対称遮蔽を引き起こす。このため、堆積材料が、特徴に対して非対称な堆積形状を有するようになり、リフトオフが可能な領域を減少させ、且つ磁気特性均一性を低下させる。
【０００８】
基板は、表面法線が、典型的にターゲットの中心である、基板とスパッタターゲット上の堆積束源領域との間の直線と一致するように束方向に対して配向され、その中心線の周りで回転し得る。一方で、基板は、外側の特徴または特徴の半径方向最外側によって常に遮蔽される。特徴と基板中心線との間の半径方向距離の増加及び堆積束の発散の増加につれて、外側上の遮蔽程度が増加する。結果として得られる堆積形状は、著しく非対称である。
【０００９】
堆積の間にターゲットと基板との間の直線に対して表面法線を傾斜すると、特徴の外側上の基板遮蔽を減少させることによって、堆積形状の対称性が向上する。しかしながら、以下に述べるように、基板は回転するため、特徴の外側及び内側上での基板遮蔽の性質は、特徴の方位軸に依存する。
【００１０】
図２Ａ及び２Ｂは、基板中心と周縁部との間の位置で、基板２１から突出する特徴２６の内側及び外側による基板２１上の遮蔽外観を図示する。図２Ａは、基板に対して第１方位角に向けられ、ＩＢＤシステムのターゲット２８に対して傾斜した特徴２６を示す。特徴２６の外側は、距離２４にわたって基板２１を遮蔽する。特徴２６の内側は、基板２１を遮蔽しない。図２Ｂは、基板２１に対して、第１方位角と正反対の角度位置に特徴２６を配置する第２方位角に向けられた特徴２６を示す。特徴２６の内側は、距離２２にわたって基板２１を遮蔽する。該距離２２は、距離２４より小さい。特徴２６の外側は、第２方位角では基板２１を遮蔽しない。
【００１１】
基板の傾斜にかかわらず、特徴２６の外側での距離２４にわたる基板２１の遮蔽は、内側による距離２２にわたる基板の遮蔽とは異なる。特に、堆積される材料の外形は、特徴２６の側壁に隣接する特徴２６の内側及び外側で異なる。詳細には、外側に隣接する距離２４にわたる遮蔽が長いほど、内側に隣接する部分より堆積される材料のテーパーが比較的長くなる。
【００１２】
基板２１が第１方位角に向けられている場合、ターゲット２８から事実上離れているため、特徴２６の外側の遮蔽された基板の領域は、堆積率がより低い。基板２１が第２方位角に向けられている場合、ターゲット２８により近いため、内側の基板領域は、堆積率がより高い。従って、外側領域はターゲット２８から離れているため、堆積される材料は特徴２６の外側でより薄い。ターゲット２８のビーム発散に由来する堆積率の非対称性及び差異は、基板２１の中心からの半径方向の距離が増加するにつれて増加する。
【００１３】
基板中心からの半径方向の距離が特徴２６と同一である特徴３０は、堆積率において特徴２６と同一の非対称性及び差異を有する。一方で、特徴３２がその側壁に隣接する基板２１を対称に遮蔽するため、堆積される材料は、基板の中心で特徴３２のまわりで対称である。その他の種類の表面処理、例えばエッチングは、特徴２６及び３０の周囲で同様の非対称処理外形を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、基板表面から突出する特徴に隣接する内側と外側とでの堆積材料の非対称性を除去、または少なくとも著しく低減することが可能な方法を提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施形態によると、基板を処理するシステムは、エネルギー粒子ビームを放射するように構成されたソースを含む真空チャンバを備える。ソースは、長寸法を有し、ビームは長寸法の少なくとも一部分にわたって実質的に均一な束分布を有する。真空チャンバは、ビームが基板に衝突する処理区域を備える。システムはさらに、真空チャンバ内部にソースから離間されたて配置された固定具を備える。固定具は、基板を支持するように構成された第１ステージと、基板に対して第１ステージを並進させる第２ステージとを備える。第１ステージは、方位軸のまわりで基板を異なる角度方向に向けるように構成される。第２ステージは、各々の異なる角度方向を有して処理区域を通って、第１ステージが基板の方向を変更するために使用する処理区域外部の停止領域まで基板を並進させることができる。
【００１６】
本発明の別の実施形態によると、基板を処理する方法は、その長寸法の少なくとも一部分にわたって実質的に均一な束分布を有するエネルギー粒子ビームを提供する段階を含む。前記方法はさらに、基板上の特徴をビームの長寸法と実質的に平行に整列する段階と、ビームに対して基板を移動する段階と、移動の少なくとも一部分の間に処理区域においてエネルギー粒子に基板を露光する段階とを含む。
【００１７】
基板がエネルギー粒子ビームの長寸法に対して回転せずに移動する場合、特徴の一側上で処理が実施され得る。ここで述べるように、基板表面処理の各サイクルの後に基板が１８０°回転する場合、特徴の両側に隣接する基板が処理され得る。
【００１８】
本発明の様々な課題及び利点は、例示的実施形態の添付図面及びその詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本願明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、上述の発明の一般的説明及び以下の実施形態の詳細な説明と共に、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明の原理を説明するための役割を果たす。
【００２０】
【図１】従来技術によるＩＢＤシステムの図である。
【図２Ａ】図１の従来型ＩＢＤシステムの基板上の特徴による非対称な堆積外形を示す図である。
【図２Ｂ】図１の従来型ＩＢＤシステムの基板上の特徴による非対称な堆積外形を示す図である。
【図３】本発明による基板処理装置の側面図である。
【図３Ａ】図３の一部の詳細図である。
【図３Ｂ】ソースに対する開口部の位置を調整する性能を示す図３のシールドの斜視図である。
【図３Ｃ】開口部の幅を調整する性能を示す図３のシールドの斜視図である。
【図４Ａ】ソース、開口部、及び基板の間の位置関係を図示する図３の基板処理装置の斜視図である。
【図４Ｂ】ソース、開口部、及び基板の間の位置関係を図示する図３の基板処理装置の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態による処理方法の初期段階での図３の基板処理装置の斜視図である。
【図５Ａ】処理中の基板から突出する特徴の１つの方向を図示する図５の一部の詳細図である。
【図６】処理方法の後続段階での図３の基板処理装置の斜視図である。
【図６Ａ】処理中の開口部を通過する間に処理を施される図５Ａの特徴の断面図である。
【図７】処理方法の後続段階での図６の基板処理装置の斜視図である。
【図８】処理方法の後続段階での図６の基板処理装置の斜視図である。
【図９】処理方法の後続段階での図６の基板処理装置の斜視図である。
【図９Ａ】基板が１８０°回転した後、且つ処理サイクルの後半サイクルの直前の処理中の図６Ａの特徴を図示する詳細図である。
【図１０】処理方法の後続段階での図９の基板処理装置の斜視図である。
【図１０Ａ】再度１８０°回転した特徴が開口部を通過する間に処理を施される図９Ａの特徴の断面図である。
【図１１】処理方法の後続段階での図１０の基板処理装置の斜視図である。
【図１２】処理方法の後続段階での図１０の基板処理装置の斜視図である。
【図１３】処理方法の後続段階での図１０の基板処理装置の斜視図である。
【図１３Ａ】処理中及び全サイクル後の特徴の方向を図示する図１３の一部の詳細図である。
【図１４】本発明の別の実施形態による基板処理装置の斜視図である。
【図１４Ａ】本発明の別の実施形態による基板処理装置の斜視図である。
【図１５】本発明の別の実施形態による基板処理装置の斜視図である。
【図１６】本発明の別の実施形態による基板処理装置の側面図である。
【図１６Ａ】図１６の一部の拡大図である。
【図１６Ｂ】図１６の基板処理装置の斜視図である。
【図１７】本発明の別の実施形態による基板処理装置の底面図である。
【図１８】図１７の一部の拡大上面図である。
【図１９】本発明の別の実施形態による図１８と類似の部分の上面図である。
【図２０】本発明の別の実施形態による基板処理装置の斜視図である。
【図２１】本発明の別の実施形態による基板処理方法の後続段階での図２０と類似の斜視図である。
【図２２】本発明の別の実施形態による基板処理方法の後続段階での図２０と類似の斜視図である。
【図２３】本発明の別の実施形態による基板処理方法の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図３及び３Ａを参照すると、処理装置４０は、ソース５０を備え、該ソースは好ましくは長方形であるがそれに限定されるものではなく、エネルギー粒子ビーム４２を放射するように構成される。ソース５０からのエネルギー粒子は、基板４４をエッチングする、基板４４上に薄膜または薄層を堆積する、あるいは基板４４を処理し得る。ソース５０は開口部５４の幾何学的形状と類似した幾何学的形状を有し得、基板４４を処理しないソース５０からのビームの使用されない部分を減少させる。ソース５０は、長軸または寸法４９（図４Ａ）及び短軸または寸法５１（図４Ａ）によって特徴付けられる。ビーム４２は、ソース５０の長寸法４９に沿った実質的に均一な光束分布を有する。
【００２２】
処理装置４０は、周囲環境から隔離された真空チャンバ４６を備える。真空チャンバ４６は、当業者によって認識されるように、真空ポンプ４８によって適切な真空圧に排気してよい。処理された基板４４を処理されていない基板４４と交換するために、真空チャンバ４６内部にアクセスするためのシール可能なポート（図示せず）が真空チャンバ４６内に設けられる。
【００２３】
ビーム４２のソース５０は、薄膜堆積、エッチング加工、反応性イオンエッチング加工、スパッタリング加工、またはその他のイオンビーム処理を実施するためのエネルギー粒子を生成することが可能な任意のイオンビーム源である。例えば、ソース５０は、薄膜堆積を提供する任意の材料のスパッタリングターゲットを備えたマグネトロンであってよい。別の実施例では、基板表面のエッチングを提供する開口部５４方向へとエネルギー粒子を放射するための平面または凹状グリッドイオン光学系を備えた長方形イオンビーム源５０である。本発明の好ましい実施形態では、ソース５０は、不活性ガスイオンビーム及びガスイオン源を提供するターゲットに隣接したプラズマを閉じ込めるマグネトロンによってスパッタリングされる堆積材料のターゲットを備えるイオンビーム堆積（ＩＢＤ）源である。ここでは、このようなソース５０、特に長方形のソース５０について、当業者が理解するためのさらなる説明は必要としない。
【００２４】
基板４４及びソース５０は、異なる平行面に配置される。シールド５２は、開口部５４が基板４４の面と実質的に平行な面に配置されるように、基板４４とソース５０との間の中間位置に配置され得る。任意のシールド５２は、ビーム４２がそれに沿って均一であるソース５０の長寸法４９（図４Ａ）と実質的に整列された長軸または寸法６５（図４Ａ）によって特徴付けられる長方形の穴または開口部５４を備える。シールド５２における開口部５４は、ソース５０から放射されるエネルギー粒子の一部分のみ、好ましくはエネルギー粒子の過半数が開口部５４を通って伝わり、基板４４の処理領域または区域３８に衝突して基板４４を処理するように、ビーム４２を平行にする。典型的に、開口部５４の長寸法６５（図４Ａ）は、基板４４の直径より大きく、開口部５４の短寸法６４（図４Ａ）は、基板４４の直径より小さいかまたは同一である。基板４４が移動しているときに、処理区域３８の位置は固定されたままである。
【００２５】
ここで、「垂直」、「水平」などの用語は、理論構成の枠組みを構築するために例示の目的で言及するものであり、限定を目的とするものではない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々なその他の理論構成の枠組みが採用され得ることを理解されたい。例えば、基板４４がソース５０の上部に位置するように、ソース５０と固定具５５の配置を逆にしてもよい。
【００２６】
引き続き図３及び３Ａを参照すると、基板４４は、回転ステージ５６の方位軸４５の周りの少なくとも１つの回転方向に基板４４を回転するように構成された回転ステージ５６を有する２段固定具５５によって保持及び支持される。方位軸４５の周りに基板４４が回転することによって、ビーム４２の方向に応じて基板４４上の特徴６６（図５Ａ）の方向が変化する。回転ステージ５６を支持する固定具５５の並進ステージ５８は、開口部５４に対して基板４４を直線的且つ双方向に（すなわち可逆的に）移動または並進させるように構成される。並進ステージ５８は、基板４４とソース５０との間に介在するシールド５２における開口部５４の対向する側の束遮蔽位置に基板４４を配置するのに適した動作範囲にわたって移動することができる。ステージ５６及び５８の移動は、基板４４が回転せずにステージ５８によって並進することができ、逆に、基板４４が並進せずにステージ５６によって回転することができるように、互いに独立している。並進ステージ５８は、基板４４を開口部５４の長寸法６５（図４Ａ）にほぼ垂直方向に並進させる。
【００２７】
本発明の別の実施形態では、並進ステージ５８を、基板面に平行な面における比較的大きな曲率半径の周りに基板４４及び回転ステージ５６を回転させる平床ステージ（図示せず）と置き換えてもよい。平床ステージによって移動された場合に基板４４がたどるカーブの半径は、開口部５４の短寸法６４にわたってほぼ直線的となるよう十分大きい。好ましくは、ソース５０及び開口部５４の中心、並びに固定具５５がたどる弧は、ソース５０から開口部５４までの距離を超える曲率半径を有する円筒形面にある。
【００２８】
図４Ａを参照すると、ソース５０に対する開口部５４の位置は、ビーム４２から基板４４に衝突するエネルギー粒子（すなわち、粒子束）の入射角を決定する。ソース５０は、その長寸法４９にわたる中心線５９を有する線源であると考えてよい。粒子束の平均入射角αは、図４Ａにおいてアルファベット「ｍ」と表示されるソース５０の中心線５９から縁部６０、６２間に定義された開口部５４の中線までの距離によって与えられる除数で割られた図４Ａにおいてアルファベット「ｎ」と表示されるソース５０の中心線５９から任意のシールド５２の面までの垂直距離によって与えられる被除数の商の逆サインとして定義される。中心線５９から開口部５４の中心までの距離が増加するほど平均入射角が増大する（すなわち、傾斜が大きくなる）ことは明らかである。
【００２９】
図４Ｂを参照すると、開口部５４の短寸法６４（図４Ａ）はビーム４２の整列を定める。整列角度は、ソース５０から開口部５４の対向する縁部６０、６２までの範囲を定める角度円弧から定められ、平均入射角周囲の粒子束の角度分布を定義する。縁部６０は。ソース５０から最も遠く、縁部６２はソース５０に最も近い。シールド５２における縁部６０、６２間の距離は、開口部５４の短寸法６４を特定する。開口部５４はさらに、短寸法６４と垂直な長寸法６５を有する。整列角度φは、中心線５９から縁部６０までの距離によって与えられる除数で割られた距離ｎによって与えられる被除数の商の逆コサインから中心線５９から縁部６２までの距離によって与えられる除数で割られた距離ｎによって与えられる被除数の商の逆コサインを引いた差に等しい。縁部６０、６２間の距離の減少によって堆積粒子束の整列角度が減少し得ることは明らかである。
【００３０】
図３Ｂ及び３Ｃを参照すると、好ましくは、シールド５２は、ソース５０の長寸法４９（図４Ａ）に垂直な方向に相対的に移動可能な２部材５２ａ、５２ｂを備え得る。図３Ｂに示すように、開口部５４の位置は、部材５２ａ、５２ｂをソース５０に向かう方向、またはソース５０から離れる方向に移動させることによって、ソース５０に対して調整することができる。この開口部５４の再配置は、基板４４の面に対するビーム４２の平均入射角の変更に有効である。部材５２ａ、５２ｂの移動は、図４Ａに示す配置に対して平均入射角が増加するように図示されているが、それに限定されるものではない。図３Ｃに示すように、開口部５４の短寸法６４（図４Ａ）は、縁部６０、６２間の距離が変化するように部材５２ａ、５２ｂを互いに対して移動させることによって調整することができる。この開口部５４の幅の調節は、処理領域３８にわたるビーム４２の整列角度の変化に有効である。部材５２ａ、５２ｂの移動が、短寸法６４より大きな短寸法６４ａを提供するように図示されており（図４Ｂ）、この場合、図４Ｂに示す配置に対して整列角度を増加させる。しかしながら、部材５２ａ、５２ｂの縁部６０、６２が接近するように移動させると、図４Ｂに示す配置に対して整列角度を減少させる。
【００３１】
図３、３Ａ、４Ａ及び４Ｂと同様の特徴に同様の参照符合を付した図５〜１３を参照すると、基板４４をエネルギー粒子のビーム４２に曝露する方法は、基板４４から上部方向に突出する特徴６６の両側に対称な処理形状を提供することが記載されている。ビーム４２は、基板４４上に薄膜として増加的に堆積する堆積材料のビームとして記載されるが、本発明はそれに限定されるものではない。代わりに、ビーム４２は、スパッタリング、化学反応、またはそれらの組合せによる基板４４のエッチング、基板４４表面からの汚染物除去、または基板４４への別の種類のイオンビーム処理の実施も可能である。本方法は単一の工程サイクルまたは２つの区別可能な半サイクルを含む工程順序の点から説明されるが、堆積される薄膜を厚くするため、または所望の表面処理を達成するために繰り返しまたは反復してよい。
【００３２】
特に図５及び５Ａを参照すると、基板４４がシールド５２によってソース５０から遮蔽されるホームポジションにおいて、基板４４が固定具５５上に取り付けられる。従って、ホームポジションではビーム４２は基板４４を処理しない。基板４４がホームポジションに固定されている間、図５Ａにおいて明らかな特徴６６によって例示された特徴６６の各々が、開口部５４の長寸法６５と一般的に平行である第１及び第２側壁６８、７０を備え、且つ側壁６８が縁部６０に最も近くなるように、固定具５５の回転ステージ５６は、基板３３を方位軸４５の周りに配置する。
【００３３】
特徴６６は、例えばパターン形成されたフォトレジスト層の一部であってよい。そのために、例えばスピン工程でレジストを基板４４に適用し、特徴６６に典型的な潜在突出画像パターンを与えるフォトマスクを通して投射される放射線に曝露させ、現像して潜在画像パターンを最終画像パターンへと変換する。基板４４がビーム４２で処理された後、基板４４からレジストを取り除く。パターン形成されたレジストの特徴６６は、処理装置４０における堆積材料の層７１の堆積に続くリフトオフ工程でのマスクとして使用してよい。
【００３４】
エネルギー粒子のビーム４２を発生させるためにソース５０を稼動する。該エネルギー粒子のビーム４２は、シールド５２における長方形の開口部５４方向に向けられる。開口部５４を通るビーム４２の投射は、基板４４の面における処理領域３８を画定する。基板４４は、固定具５５によって処理領域３８に配置されると、エネルギー粒子のビーム４２に曝露される。
【００３５】
図６及び６Ａを参照すると、固定具５５の並進ステージ５８は、シールド５２より下部の面で長方形の開口部５４を超えて基板４４を並進させる。並進は、開口部５４の長寸法６５に実質的に直交する方向である。基板４４は、ソース５０と開口部５４と同一視線上にあり、ビーム４２は基板４４の曝露された表面に衝突し、ビーム４２におけるエネルギー粒子が表面処理を提供する。この例示的実施形態では、ビーム４２中のエネルギー粒子は、基板４４上に堆積された堆積材料の層７１中に存在する。
【００３６】
特徴６６は、側壁６８の基部に隣接する基板４４へのビーム４２の視線を遮蔽しないため、層７１は、特徴６６の側壁６８の基部まで広がる。しかしながら、特徴６６は、幅７４にわたって側壁７０に隣接する基板４４を遮蔽する。結果として、ビーム４２からのエネルギー粒子は側壁７０に隣接する基板４４の部分に作用せず、サイクルのこの部分の間に、幅７４にわたって層７１は堆積されないかまたは厚くならない。
【００３７】
各特長６６が装置整列角度の全範囲（図４Ｂ）にわたってビーム４２に連続的に曝露されるため、縁部６０、６２間の短寸法６４（図４Ａ）を横切るビーム発散は、基板４４上の異なる位置の特徴６６の間で、側壁７０に隣接する層７１の形状に変化をもたらさない。さらに、長寸法４９に沿ったビーム４２の粒子束分布の均一性は、基板４４の表面にわたる層７１の形状及び厚さの均一性を促進する。
【００３８】
図７及び８を参照すると、並進ステージ５８の動作は、長方形の開口部５４を超えた後、シールド５２の下の終点で停止する。終点で、基板４４は静止し、シールド５２によってビーム４２の基板４４への到達が遮蔽される。基板４４が、長方形の開口部５４に向かって再び開口部５４の長寸法６５に実質的に直交する方向に戻るように、ステージ５８の並進方向は、逆となる。ビーム４２におけるエネルギー粒子が表面処理を提供するように、処理領域３８にある間に、基板４４の露出した表面は、再びビーム４２に曝露される。別の厚さの層７１が基板４４上に堆積される。ホームポジションへと戻る経路にわたって、特徴６６は依然として側壁６８の基部に隣接する基板４４へのビーム４２の視線を遮蔽しないため、再度、層７１が側壁６８の基部まで均一に堆積されるかまたは厚くなる。しかしながら、特徴６６は、幅７４にわたって側壁７０に隣接する基板４４を遮蔽する。結果として、ビーム４２からのエネルギー粒子は側壁７０に隣接する基板４４の部分に衝突せず、処理サイクルのこの部分の間に、幅７４にわたって層７１は堆積されないかまたは厚くならない。
【００３９】
図９を参照すると、並進ステージ５８は、シールド５２によってビーム４２の基板４４への到達が遮蔽されるホームポジションに基板４４を戻す。固定具５５がこのホームポジションにおいて静止している間、側壁７０が縁部６０に最も近く、側壁６８が縁部６０から離れるように、回転ステージ５６は方位軸４５の周りに１８０°基板４４を回転させる。側壁６８，７０は、通常、１８０°回転後、開口部５４の長寸法６５と平行に並ぶ。
【００４０】
図１０〜１２を参照すると、側壁７０の基部に隣接する基板４４の領域（図６Ａに示す幅７４）が、側壁６８の基部に隣接する基板４４の領域（幅７２）と同一の表面処理を受けるように、図６〜８に示す手順を繰り返す。言い換えると、幅７２及び７４にわたって基板４４上に形成される層７１の厚さは無視して、幅７２及び７４は等しい。基板４４が開口部５４の下に位置している間（図１０及び１２）、ビーム４２からのエネルギー粒子が基板４４を処理する。従って、別の厚さの層７１が基板４４上に堆積される。
【００４１】
特徴６６は側壁７０の基部に隣接する基板４４へのビーム４２の経路を遮蔽しないため、開口部５４の下での２回の通過のそれぞれを通して、層７１が側壁７０の基部まで厚くなる。しかしながら、特徴６６は、幅７２にわたって側壁６８に隣接する基板４４を遮蔽する。結果として、ビーム４２からのエネルギー粒子は側壁６８に隣接する総７１の部分に作用せず、サイクルのこの部分の間に、幅７２にわたって層７１は堆積または厚くならない。
【００４２】
基板４４が並進ステージ５８によって図１３におけるホームポジションに戻されると、特徴６６の側壁６８が再度縁部６０に最も近くなるように、回転ステージ５６は方位軸４５の周りに１８０°基板４４を回転させる。目標とする処理結果を得るために、図５〜１３の部分における手順を複数サイクル繰り返す。一例として、また説明したように、材料堆積の目標とする厚さを提供するのに十分な複数のサイクル手順を繰り返す。層７１において、堆積材料の目標とする厚さに達した後、特徴６６を基板４４から取り除いてよい。
【００４３】
本発明の別の実施形態では、側壁６８、７０が開口部５４の長寸法６５と通常平行に並び、側壁６８が縁部６０に最も近く、基板４４が方位軸４５の周りに１８０°回転した状態で、図６〜８に示す半サイクルを、開口部５４を超えて複数回繰り返してよい。その後、側壁６８、７０が開口部５４の長寸法６５と通常平行に並び、側壁７０が縁部６０に最も近い状態で、図１０〜１２に示す半サイクルを実質的に同じ回数繰り返す。好ましくは、２つの半サイクルの順番は、ここに記載したように交互である。言い換えると、方位軸４５の周りに１８０°回転して特徴６６の方向を転換する前に、基板４４は処理領域３８を複数回並進する。
【００４４】
処理手順の結果、特徴６６が開口部５４の長寸法６５（図４Ａ）に対して交互に並び、ビーム４２に対して並進するため、いずれの側壁６８、７０も特徴６６の内側または外側を構成しない。その結果として、特徴６６の側壁６８，７０に隣接した基板４４上に対称な堆積または処理外形が得られる。さらに、堆積または処理外形は、基板４４の中心に対する径方向依存性を示さない。
【００４５】
別の実施形態では、静的エッチングまたはビームの斜入射の下でのその他のウエハ表面処理を実施するために処理装置４０を採用してもよい。この実施形態では、毎回半サイクルが終了した後にホームポジションにおいて基板４４を方位軸４５の周りに１８０°回転する段階を省略する。図５〜９に示す半サイクル、または図９〜１３に示す半サイクルのいずれかを参照すると、基板４４の角度方向を変更するために回転ステージ５６を使用せずに、開口部５４を超えて基板４４は並進する。
【００４６】
本発明の別の実施形態では、基板４４は静止した状態で支持され、堆積束が基板４４の表面にわたって走査するようにソース５０及び開口部５４が基板４４に対して移動してもよい。
【００４７】
図３〜１３と同様の特徴に同様の参照符合を付した本発明の別の実施形態による図１４及び１４Ａを参照すると、ソース５０ａによって放射されるビーム４２は、固定具５５の動作面に対して対称なエネルギー粒子の束分布を有する。シールド５２は、開口部５４と長寸法６４及び短寸法６５において同一の第２長方形の開口部５４ａを備える。長方形の開口部５４、５４ａは、好ましくはソース５０の中心線５９に対して対称（すなわち、エネルギー粒子プルーム分布に対称）に配置されるが、本発明はそれに限定されるものではない。基板４４が、並進ステージ５８によって長方形の開口部５４、５４ａを超えて並進される場合、この対称性によって、特徴６６の両方の側壁６８、７０（図５Ａ）に隣接する実質的に同一である表面処理（例えば堆積またはエッチング）がもたらされる。本発明のこの実施形態では、基板４４から突出する特徴６６の側壁６８、７０の基部に隣接する対称な基板処理を行うために、方位軸４５の周りに１８０°回転させる必要はない。
【００４８】
図３〜１３と同様の特徴に同様の参照符合を付した本発明の別の実施形態による図１５を参照すると、処理装置４０の真空チャンバ４６は、それぞれソース５０と実質的に同一である少なくとも２つの複数のソース８０、８２を備えてよく、放射されるエネルギー粒子は異なる特性または同一の特性を有してよい。ソース８０、８２の各々は少なくとも２つの長方形の開口部８４、８６の一つに対応するものであり、開口部８４、８６の各々は開口部５４と実質的に同一である。開口部８４を通して見られるようなソース８０の視線上にある場合のみ、基板４４にソース８０からのエネルギー粒子が衝突するように、処理装置４０が構成され、ソース８０及び開口部８４が配置される。同様に、開口部８６を通して見られるようなソース８２の視線上にある場合のみ、基板４４にソース８２からのエネルギー粒子が衝突するように、処理装置４０が構成され、ソース８２及び開口部８６が配置される。ソース８０、８２を、多層構造の個々の層を堆積するために使用してもよい。また、基板４４をエッチングするためにソース８０を使用し、基板４４上に層を堆積するためにソース８２を使用してもよく、または、基板４４上に層を堆積するためにソース８０を使用し、基板４４上の層に傾斜した入射角の下でイオンビーム処理を行うためにソース８２を使用してもよい。追加の層の堆積、追加のドライエッチングの実施、または基板４４のイオンビーム処理のために、真空チャンバ４６内部に２つより多くのソースと、関連する開口部とが存在するため、本発明による表面処理のその他の組合せが達成される。
【００４９】
図３〜１３と同様の特徴に同様の参照符合を付した本発明の別の実施形態による図１６、１６Ａ及び１６Ｂを参照すると、本発明の有利な特性を維持しつつ、処理装置４０の真空チャンバ４６からシールド５２（図３、３Ａ‐Ｃ）を除くことができる。このために、処理装置４０は、ソース９０（図１６Ｂ）の長寸法８９の少なくとも一部に沿って実質的に均一な粒子束分布を有するエネルギー粒子のビーム４２を放出するよう構成されたソース９０を備え、該ソースは好ましくは長方形であるがそれに限定されるものではない。ビーム４２は、基板４４の動作方向と平行に制限され、長寸法８９の少なくとも一部に沿って実質的に均一な粒子束分布を提供するように成形される。ソース９０はさらに、長寸法８９に直交する短寸法９１（図１６Ｂ）によって特徴付けられる。当業者に理解されるように、ソース９０からのエネルギー粒子は、基板４４のエッチング、基板４４上に材料の薄膜または薄層の堆積、または基板４４の処理を行うことができる。シールド５２の除去は、そのようなシールドから物理的にスパッタされる材料に由来する基板汚染の可能性を減少させるために有利である。
【００５０】
エッチング等の表面処理に適した線形イオン源９０は、Ｖｅｅｃｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ（Ｗｏｏｄｂｕｒｙ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）から市販されている線形アノード層イオン源の製品ラインを含むがそれらに限定されるものではない。前記イオン源は、１００ｅＶから１８００ｅＶのビームエネルギー及び最大３０ｍＡ／直線ｃｍのビーム電流を有する。これらの線形イオン源９０のビーム４２は、ビーム４２の横断面の一方の寸法が他方より大きいような高アスペクト比を有する。基板４４は、ビーム４２を通り抜けて一次元において並進する。これらの場合、ビーム４２の横断面は、基板４４の一寸法より大きな一寸法を有する。結果として、ビーム４２を一回以上通過すると、基板４４はイオンの均一な線量を受ける。
【００５１】
ここで説明したように、基板４４は前後に移動し、任意で周期的に回転するため、基板４４の面内において画定される処理領域または区域９４にわたってソース９０からのビーム４２中のエネルギー粒子が基板４４に衝突する。処理区域９４は、移動する基板４４が毎回の走査の間にビーム４２に曝露される全領域に及ぶと考えられ得る。処理区域９４にわたるソース９０の粒子束分布がソース９０の長寸法８９に沿って実質的に均一となるように、ソース９０の実質的に均一な部分が処理区域９４にわたって配置される。長寸法８９の少なくとも一部分に沿って実質的に均一な粒子束分布を有するエネルギー粒子のビーム４２を放出するソース９０の性能は、ビーム閉じ込め、成形及び視準のためのシール５２を提供する必要性を排除する。別の方法として、図示した前後の移動とは相違して、固定具５５の並進ステージ５８は、基板４４をソース９０の長寸法８９に対する円弧において並進させるように構成してもよい。
【００５２】
ソース９０によって放射されるビーム４２中のエネルギー粒子は、全処理区域９４にわたり、長寸法８９を横切る基板４４において、基板４４に垂直な表面に対して、または基板４４の面に対して測定された実質的に均一な入射角を有する。これは、ソース９０が平行または実質的に平行な軌道及び小さなビーム発散を有するエネルギー粒子を放射することによって可能となる。基板２２とソース９０との距離は、ソース強度及びビーム発散の観点から最適化される。当業者によって理解されるように、ソース９０は、平行または実質的に平行な軌道及び小さなビーム発散を提供するための視準を強化するために、平坦な光学格子または皿状の格子光学系を備えてよい。ソース９０からの成形ビーム４２は、処理区域９４を画定する。
【００５３】
特徴６６及び特徴６６を取り囲む基板４４をビーム４２におけるエネルギー粒子に曝露するために、基板４４は、ここに記載した多様な方法で処理区域９４を通して走査される。基板４４が処理区域９４の外側にある場合、基板４４はビーム４２に曝露されないかまたはわずかなエネルギー粒子にのみ曝露される。処理区域９４外部のエネルギー粒子束の部分は、典型的に全イオン束分布の約１０パーセント未満である。
【００５４】
基板４４は、処理区域９４の連続走査の間に、その方位軸の周りの面内で回転または割り出しされ得る。さらに詳細には、特徴６６が非対称（例えば長いヘッド）であるため、基板４４は、基板４４の動作範囲（つまり、直線往復）の端部またはその付近で方位軸４５の周りに回転または割り出しされ得る。ここで説明したように、固定具５５がこの方法で作動する場合、回転ステージ５６は、処理区域９４の連続走査の間に、処理区域９４の外側の位置で基板４４を方位軸４５の周りに１８０°回転または割り出しする。基板４４は処理区域９４を通る直線または円弧において走査されるため、これによって、特徴６６はソース９０の長寸法８９、ひいてはビーム４２に対して基板４４上に整列する。処理区域９４の外側での回転によって特徴の配置が変化するため、処理が完了すると、側壁６８の基部に隣接する基板４４上の幅７２及び同様の幅７４（図６Ａ、１０Ａ）の表面処理は、実質的に均一である。基板４４が方位軸４５の周りで角度が固定された並進ステージ５８とともに、処理区域９４を通って並進するように、回転ステージ５６及び並進ステージ５８の動作を制御する処理装置９５が備えられる。
【００５５】
また、ソース９０の長寸法８９に沿った実質的に均一なビーム４２の粒子束分布のために、基板４４の表面処理は実質的に均一である。短寸法９１におけるビーム４２の粒子束分布のいかなる非均一性も、処理区域９４を通る基板４４の移動によって平均化される。
【００５６】
ソース９０は、通常円弧９２に沿って画定される様々な位置の間で移動してよく、基板４４の動作方向に平行な方向及びソース９０の短寸法９１における処理区域９４内のビーム４２のエネルギー粒子の平均入射角の調節に有効である。そのために、ソース９０の対向する端部の各々は、基板４４の直線経路に対して旋回し得る対応する一対のアームの一方に支持される。該アーム９６は図１６に図示されている。基板処理の間、ソース９０は静止している。プラズマブリッジニュートラライザー（図示せず）をソース９０と連携し、ソース９０とともに旋回させてもよい。
【００５７】
動作範囲の端部の各々でビーム４２の外側に基板４４を完全に移動させるために、基板４４を長距離移動させる必要があり得る。ビーム４２から完全に離れるように基板４４を移動させるべき距離は、ビームの方向と基板動作面との間の角度に影響され得る。
【００５８】
図１６、１６Ａ及び１６Ｂと同様の特徴に同様の参照符合を付した本発明の別の実施形態による図１７を参照すると、固定具１００は、ソース９０に対して移動する基板４４を保持及び支持するように構成され、該ソース９０は、プラズマブリッジニュートライザー１２１を備える。固定具１００は、ソース９０に対して軸１０１に沿って固定具１００を直線的且つ双方向（すなわち可逆的）または前後（すなわち往復）に移動する線形アクチュエータ１０２から延びるアーム９８の一端において支持される。線形アクチュエータ１０２は、アーム９８と連結された駆動出力１１０と、移動のために駆動機構１０４及びアーム９８がそれぞれベアリング１０７、１０８によってそこに連結された一対の固定レール１０５、１０６と、を有する駆動機構１０４を備え得る。ベローズ１１２は、真空チャンバ４６と真空気密接合を提供し、線形アクチュエータ１０２の双方向移動に適合する。
【００５９】
固定具５５（図３、３Ａ）に関して上記で説明したように、固定具１００の双方向動作は、処理区域９４を通る基板４４を繰り返し走査するために使用することができる。この作動モードでは、線形アクチュエータ１０２は、ソース９０の長寸法８９（図１６Ｂ）にほぼ直交する方向に基板４４を並進する。処理区域９４の外側での回転によって特徴の配置が変化するため、処理が完了すると、側壁６８の基部に隣接する基板４４上の幅７２及び同様の幅７４（図６Ａ、１０Ａ）の表面処理は、実質的に均一である。
【００６０】
図１７及び１８を参照すると、固定具１００は、回転ステージ１２０の方位軸１２２の周りに少なくとも１つの回転方向に基板４４を回転するように構成された回転ステージ１２０を備える。回転ステージ１２０は、固定具５５の回転ステージ５６（図３、３Ａ）と同様の方法で作動する。基板４４が処理区域９４の外側にある場合、基板４４の方位軸１２２の周りでの回転は、ビーム４２の方向に対する基板４４上の特徴６６の配置を変更する。回転ステージ１２０の方位軸は、基板４４の方位軸４５と一致する。回転ステージ１２０及び線形アクチュエータ１０２によって駆動されるアーム９８の移動は、基板４４が回転せずに並進し、続いて並進せずに回転し得るように相互に独立である。
【００６１】
固定具１００の回転ステージ１２０は、線形アクチュエータ１０２のアーム９８を備えた旋回連結１２４またはジンバルによって枢動可能に搭載されている。旋回連結１２４は、回転ステージ１２０つまり基板４４の方位軸１２２を、軸１０１と実質的に直交する軸１１７に関して角度を適応させる性能を有した固定具１００を提供する。回転ステージ１２０の方位軸１２２を傾斜すると、回転ステージ１２０の方位軸１２２に対するビーム４２の入射角が変化する。基板４４が、処理区域９４の外側に基板４４を配置するために短縮された距離を直線的に並進することができるため、基板４４を傾斜させる性能は、線形アクチュエータ１０２のストロークを効果的に短縮する。回転ステージ１２０の軸１１７周りの傾斜は、ソース９０の長寸法８９に実質的に平行であり、基板４４でのビーム４２の有効な実質的均一性を維持するために作用する。
【００６２】
図１８と同様の特徴に同様の参照符合を付した本発明の別の実施形態による図１９を参照すると、固定具１００ａは固定具１００と類似して図示されている。固定具１００ａの回転ステージ１２０は、方位軸１２２と垂直な面内において回転ステージ１２０の動作を許容するベース１３０上に支持される。そのために、方位軸１２２がビーム４２の方向に対して傾斜している場合に、固定具１００には、ベース１３０に対してソース９０に向かう方向及び離れる方向における回転ステージ１２０の双方向並進を許容する機構が備えられる。この付加的自由度は、図１９において二方向矢印１３２で図式的に示されている。
【００６３】
本発明の実施形態によって、多様なデータ貯蔵及び半導体構造体に含まれるような基板上の対称な特徴の処理均一性、特徴寸法制御、及び処理外形の対称性における改善が得られる。本発明の実施形態は、３００ｍｍ以上のウエハなど、大表面積基板の処理に特に有利である。特に、本発明の実施形態は、対称な表面特徴の処理均一性、特徴寸法制御、及び処理外形の対称性を有するこのような基板のイオンビームエッチング（または堆積）を容易にする。
【００６４】
図１〜１９と同様の特徴に同様の参照符合を付した本発明の別の実施形態による図２０を参照すると、三次元特徴６６を備えた基板４４を面内に支持し、３つの制御された動作の軸でその配置を制御、多段土台または固定具１３４は、処理装置４０（図３）と連動して使用される。固定具１３４は、回転ステージ１３６と、傾斜ステージ１３８と、回転ステージ１３６及び傾斜ステージ１３８をイオン源９０に対して並進し、特にイオン源９０の長寸法８９（図１６Ｂ）に実質的に垂直な基板４４を並進するように構成された並進ステージ１４０とを備える。ステージ１３６、１３８、１４０による基板４４の移動は、相互に独立している。
【００６５】
回転ステージ１３６は、ステージ１３６の方位軸１４２の周りの少なくとも１つの回転方向に基板４４を回転するように構成され、該方位軸は、通常基板４４の方位軸４５と一致する。回転ステージ１３６に組み込まれた回転アクチュエータは、基板４４及び方位軸１４２の周りに基板４４を物理的に保持する回転ステージ１３６の一部の割り出し回転を提供するように制御される。傾斜ステージ１３８は、傾斜軸１４４の周りに回転ステージ１３６を傾斜させるように構成される。傾斜ステージ１３８に組み込まれた別の回転アクチュエータは、傾斜ステージ１３８及び基板４４を傾斜軸１４４の周りに傾斜させるように制御される。
【００６６】
並進ステージ１４０の移動は、イオン源９０の長寸法８９（図１６Ｂ）に対して直線的且つ双方向（すなわち可逆的）であり、二方向矢印１４５で図式的に示されている。特に、並進ステージ１４０は、イオン源９０の長寸法８９（図１６Ｂ）とほぼ直交する方向に基板４４を並進する。代表的実施形態では、並進ステージ１４０は、一対の隣接する平行なレールガイド１４７、１４８と、レールガイド１４７、１４８に対して直線並進させるためのレールガイド１４７、１４８と連結された台車１４９とを備える。双方向線形アクチュエータ（図示せず）は、台車１４９と連結され、台車１４９をレールガイド１４７、１４８に対して並進させるように作動する。固定具１３４が基板４４の位置を調整するために作動する場合、並進ステージ１４０の移動範囲は、ビーム４２の外側にある処理区域９４の対向する側の停止領域１５０、１５２に基板４４が配置されるように選択される。
【００６７】
方位軸１４２の周りの回転によって基板４４を割り出すことによって、ビーム４２（図３、３Ａ）の方向に対する基板４４上の特徴、例えば特徴６６（図５Ａ）の位置が変化する。以下で説明するように、走査方向に垂直な非対称性が重要である場合、角度の変化は１８０°とは異なり得る。
【００６８】
別の実施形態では、並進ステージ１４０を、基板面に平行な面内において比較的曲率半径の周りに基板４４及びステージ１３６、１３８を回転する平床ステージ（図示せず）と置き換えてもよい。平床ステージによって移動される場合、基板４４が移動する曲率半径は、開口部５４の長寸法６４にわたってほぼ線形である程度に十分大きい。好ましくは、ソース５０及び開口部５４の中心、並びに固定具１３４の中心が移動する円弧は、ソース５０と開口部５４との間の距離を超える曲率半径を有する円筒形面内にある。
【００６９】
図２０〜２２を参照すると、並進ステージ１４０は、基板４４を停止領域１５０内の位置に移動するように作動し、傾斜ステージ１３８は、線形イオン源９０からのビーム４２の方向に対して基板４４を傾斜した角度に設定するために、回転ステージ１３６を傾斜軸１４４の周りに旋回するように作動する。傾斜角は、ビーム４２の入射角を設定する。傾斜軸１４４は、エネルギー粒子ビーム４２の長寸法８９に実質的に平行である。
【００７０】
停止領域１５０、１５２の一方内にある間に、方位軸１４２の周りの回転ステージ１３６の初期角度が保存される。回転ステージ１３６及び基板４４の初期角度方向は、矢印１５４で示されている。一回の走査を実行するために、並進ステージ１４０は、基板４４及び特徴６６をビーム４２に曝露するように基板４４をビーム４２内及びビーム４２を通って（すなわち、処理区域９４を通過して）移動し、停止領域１５２に移動し、停止領域１５０に戻るように作動する。基板４４が図２１に示すように停止領域１５０に位置する間、回転ステージ１３６は、初期角度方向に対して固定増分角円弧を有する方位軸１４２の周りに基板４４を割り出すように作動する。基板４４の割り出しは、図２０における矢印１５４の角度方向と比較して半時計周り方向の矢印１５４に反映される。傾斜角は典型的に変化せず、ビーム４２を通る次の走査の間にビーム４２の入射角が変化しないことを意味する。
【００７１】
並進ステージ１４０は、さらなる走査において、再度基板４４を、ビーム４２を通して移動させ、停止領域１５０に戻すように作動する。基板４４をビーム４２で処理するために、連続した割り出し及び走査サイクルが行われる。例えば、図２２における角度方向に対して別の角度増分だけ基板４４を回転した別の走査サイクルを図２２に示す。図２０〜２２に示すサイクルは、ビーム４２を通した連続走査の間に、方位軸１４２の周りに基板４４を割り出すために、９０°の角度増分を反映する。
【００７２】
この方法は、基板４４上の画定された特徴６６の限界寸法（すなわち形状）制御を提供するために、基板４４上の円形または長方形フォトレジストあるいはハードマスク特徴６６をエッチングするために使用することができる。毎回のスライド通過の間、基板４４はビーム４２に方向を定められる。結果として特徴６６の側壁のエッチング形状は、基板４４に対するビーム４２の方向‐入射角及び方位角に基づいて制御することできる。基板４４を反復して停止領域１５０に停止し、方位軸１４２の周りに異なる角度方向に割り出した後、異なる方向の条件でさらにエッチングするためにビーム４２の下をスライドさせることができる。この方法を使用すると、特徴６６の側壁の形状及び特徴６６上のエッチングされた材料の再堆積を多段階処理によって制御することができる。
【００７３】
複数の割り出し／走査サイクルは、本発明のさまざまな実施形態によって想定される。方位軸１４２の周りで選択される基板４４の割り出しの数は、２つの異なる角度方向（例えば０°及び１８０°）、４つの異なる角度方向（０°、９０°、１８０°、２７０°）、または基板の全回転３６０°内でのさらに多くの異なる角度方向であってよい。例えば、３０°から６０°の角度増分を基板４４の割り出しに選択してよい。各角度方向の変更の角度増分は、典型的に３６０°の整数分数であり、１実施形態では、２分の１の整数分数未満である。図２１の通過数１と図２３の通過数３との間に示されるように、基板４４が方位軸１４２の周りに例えば０°から１８０°まで割り出される場合、特徴６６のビーム４２への曝露は均等となり得る。
【００７４】
２つの限界直角寸法を有する特徴６６（すなわち“四角”特徴）では、方位軸１４２の周りに９０°ずつ異なる方向での４回の走査が、基板４４上の特徴６６の処理に十分であり得る。全ての方向に限界寸法を有する特徴６６（すなわち“円形”特徴）では、方位軸１４２の周りで多くの異なる角度方向を含む走査を使用してよい。
【００７５】
線形イオン源９０を使用すると、イオン源９０のグリッドを安定したビーム光学のために適当な位置に維持し、スペーサを使用しないと同時に、比較的大きな基板（すなわち、３００ｍｍ基板）の完全なビーム露光が可能となる。スペーサを使用しないことによって代わりにビーム４２の空間均一性が向上する。
【００７６】
多段固定具１３４及びその使用方法は、向上した特徴形状制御、低下した内側／外側効果を提供し、且つ２００ｍｍ（８インチ）及び３００ｍｍ（１２インチ）ウエハ処理、並びにその他の寸法を有するウエハまたは基板の処理に適合する。
【００７７】
イオン源９０からのビームは、基板４４の材料のエッチングのための均一な高平行ビームの形成に使用され得る。しかしながら、当業者は基板２２上に材料を堆積するためにイオン源９０を使用できることが理解される。例えば、粒子源として線形マグネトロン、またはイオンビーム源として線形イオンビーム源を使用したエッチング処理に同様に堆積を実施することができる。
【００７８】
図２０〜２２と同様の特徴に同様の参照符合を付した本発明の別の実施形態による図２３を参照すると、イオン源９０をイオン源５０及び開口部５４を含むシールド５２と置き換えてもよい。この実施形態では、並進ステージ１４０の移動は、シールド５２の開口部５４に対して直線的且つ双方向（すなわち可逆的）である。特に、並進ステージ１４０は、シールド５２の開口部５４の長寸法６５（図４Ａ）にほぼ直交する方向に基板４４を並進させる。並進ステージ１４０の移動範囲は、開口部５４の対向する側であり、シールド５２の一部が基板４４とソース５０との間に介在する粒子束遮蔽位置に基板４４が位置するように選択される。当業者であれば、基板４４への長方形のビーム４２における平行な粒子源が示される図２３に示す実施形態を使用して、図２０〜２２に示す基板４４をビーム４２に露光する方法を実施することが可能なことも理解するであろう。
【００７９】
多様な実施形態によって本発明を図示し、これらの実施形態についてかなり詳細に説明したが、これらに本願発明または添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。追加の利点及び変形は当業者に容易に見出されるであろう。本発明はその広範な側面において、特定の詳細、代表的方法、並びに図示及び記載された例示的実施例に限定されるものではない。従って、出願人の通常の発明概念の精神または範囲から逸脱することなく、このような詳細からの逸脱がなされ得る。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 蒸着銃
１２ イオンビーム
１４、２８ ターゲット
１６、４２ ビーム
１８、２１、４４ 基板
２０、５５、１００ 固定具
２６、３０、３２、６６ 特徴
３８、９４ 処理領域
４０ 処理装置
４５ 軸
４６ 真空チャンバ
４８ 真空ポンプ
４９ 長寸法
５０、８０、８２、９０ ソース
５２ シールド
５４、８４、８６ 開口部
５６、１２０ 回転ステージ
５８、１４０ 並進ステージ
５９ 中心線
６０、６２ 縁部
６８、７０ 側壁
７１ 層
９２ 円弧
１０２ 線形アクチュエータ
１０４ 駆動機構
１０５、１０６ 固定レール
１０７、１０８ ベアリング
１１０ 駆動出力
１１２ ベローズ
１２１ プラズマブリッジニュートライザー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長寸法を有し、該長寸法の少なくとも一部分にわたって実質的に均一な束分布にビームを分布するように構成された前記エネルギー粒子ビームを放射するソースと、
前記ソースを含有し、前記ビームが前記基板に衝突する処理区域を含む真空チャンバと、
方位軸の周りで異なる角度方向に基板を割り出すように構成され、前記基板を支持する第１ステージ及び各々の前記異なる角度方向を有して前記処理区域を通って、前記第１ステージが基板を割り出すために使用する前記処理区域外部の停止領域まで前記基板を並進させることが可能であり、前記第１ステージを前記ソースに対して並進させる第２ステージを備え、前記真空チャンバ内部に前記ソースから離間されて配置された固定具と、
を備えた基板をエネルギー粒子ビームで処理するためのシステム。
【請求項２】
前記第２ステージが、前記処理区域内で前記ソースの前記長寸法に対して直線的に前記基板を並進させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２ステージが、前記処理区域内での移動方向が前記ソースの前記長寸法に対して実質的に垂直であるような曲率半径を有する円弧において基板を並進させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記基板に対するイオンビームの平均入射角を変更するために、前記ソースが、前記ソースの前記長寸法に対して実質的に垂直な円弧において前記基板に対して移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
入射角を画定するために、前記方位軸が前記エネルギー粒子ビームの方向に対して傾斜するように、前記ソースの前記長軸と整列されたピボット軸の周りで前記第１ステージを傾斜するように構成された第３ステージをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
（ａ）その長寸法の少なくとも一部分にわたって実質的に均一な束分布を有するエネルギー粒子ビームを提供する段階と、
（ｂ）前記基板上の前記特徴を、前記ビームの前記長寸法に対して第１固定角度方向に向ける段階と、
（ｃ）前記ビームに対して前記基板を並進させる段階と、
（ｄ）前記並進の少なくとも一部分の間に、前記基板を処理区域においてエネルギー粒子ビームに露光する段階と、
を含む複数の特徴を備えた基板の処理方法。
【請求項７】
前記特徴を前記ビームの前記長寸法に対して第２固定角度方向に再配向するために、角度増分だけ方位軸の周りで前記基板を割り出す段階と、
段階（ｃ）及び（ｄ）を有限回数反復する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記特徴を第２固定角度方向に再配向するために前記基板を前記方位軸の周りで割り出す前及びその間に、前記処理区域の外側の位置に前記基板を並進させることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記角度増分が３０°、６０°または９０°であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記角度増分が、３６０°の２分の１未満である整数分数であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記ビームに対して前記基板を並進させる段階が、
前記処理区域を通って直線的に前記基板を移動させる段階と、
反対方向の移動の間に、前記基板が前記処理区域において前記エネルギー粒子ビームに露光されるように、前記基板の直線的移動を逆方向にする段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記直線的移動を逆方向にする段階の前に、前記方位軸の周りで前記基板を割り出すことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ビームに対して前記基板を並進させる段階が、
前記基板を回転する前に前記基板の移動を停止する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ビームに対して前記基板を並進させる段階が、
前記処理区域を通る平面的動作において移動させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１５】
前記特徴を前記ビームの前記長寸法に対して複数の角度方向に再配向するために、角度増分だけ方位軸の周りで前記基板を割り出す段階と、
段階（ｃ）及び（ｄ）を複数の角度方向毎に反復する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１６】
前記特徴の各々が第１及び第２側壁を備え、
各特徴の前記第１及び第２側壁に隣接する基板の対称処理形状を提供するために十分な回数前記基板を回転し、段階（ｃ）及び（ｄ）を対応して複数回反復する段階を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１７】
前記基板を前記エネルギー粒子ビームに露光する段階が、
前記エネルギー粒子ビームで前記基板をエッチングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板を前記エネルギー粒子ビームに露光する段階が、
前記エネルギー粒子ビームで前記基板上に被膜を堆積する段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板の方位軸と前記エネルギー粒子ビームとの間で入射角を設定するために、前記エネルギー粒子ビームの前記長寸法と実質的に平行な軸の周りで前記基板を傾斜させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１】
長寸法を有し、該長寸法の少なくとも一部分にわたって実質的に均一な束分布にビームを分布するように構成された前記エネルギー粒子ビームを放射するソースと、
前記ソースを含有し、前記ビームが前記基板に衝突する処理区域を含む真空チャンバと、
方位軸の周りで異なる角度方向に基板を割り出すように構成され、前記基板を支持する第１ステージ及び各々の前記異なる角度方向を有して前記処理区域を通って、前記第１ステージが基板を割り出すために使用する前記処理区域外部の停止領域まで前記基板を並進させることが可能であり、前記第１ステージを前記ソースに対して並進させる第２ステージを備え、前記真空チャンバ内部に前記ソースから離間されて配置された固定具と、
を備えた基板をエネルギー粒子ビームで処理するためのシステム。
【請求項２】
前記第２ステージが、前記処理区域内で前記ソースの前記長寸法に対して直線的に前記基板を並進させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２ステージが、前記処理区域内での移動方向が前記ソースの前記長寸法に対して実質的に垂直であるような曲率半径を有する円弧において基板を並進させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記基板に対するイオンビームの平均入射角を変更するために、前記ソースが、前記ソースの前記長寸法に対して実質的に垂直な円弧において前記基板に対して移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
入射角を画定するために、前記方位軸が前記エネルギー粒子ビームの方向に対して傾斜するように、前記ソースの前記長軸と整列されたピボット軸の周りで前記第１ステージを傾斜するように構成された第３ステージをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
（ａ）その長寸法の少なくとも一部分にわたって実質的に均一な束分布を有するエネルギー粒子ビームを提供する段階と、
（ｂ）前記基板上の前記特徴を、前記ビームの前記長寸法に対して第１固定角度方向に向ける段階と、
（ｃ）前記ビームに対して前記基板を並進させる段階と、
（ｄ）前記並進の少なくとも一部分の間に、前記基板を処理区域においてエネルギー粒子ビームに露光する段階と、
を含む複数の特徴を備えた基板の処理方法。
【請求項７】
前記特徴を前記ビームの前記長寸法に対して第２固定角度方向に再配向するために、角度増分だけ方位軸の周りで前記基板を割り出す段階と、
段階（ｃ）及び（ｄ）を有限回数反復する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記特徴を第２固定角度方向に再配向するために前記基板を前記方位軸の周りで割り出す前及びその間に、前記処理区域の外側の位置に前記基板を並進させることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記角度増分が３０°、６０°または９０°であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記角度増分が、３６０°の２分の１未満である整数分数であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記ビームに対して前記基板を並進させる段階が、
前記処理区域を通って直線的に前記基板を移動させる段階と、
反対方向の移動の間に、前記基板が前記処理区域において前記エネルギー粒子ビームに露光されるように、前記基板の直線的移動を逆方向にする段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記直線的移動を逆方向にする段階の前に、前記方位軸の周りで前記基板を割り出すことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ビームに対して前記基板を並進させる段階が、
前記基板を回転する前に前記基板の移動を停止する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ビームに対して前記基板を並進させる段階が、
前記処理区域を通る平面的動作において移動させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１５】
前記特徴を前記ビームの前記長寸法に対して複数の角度方向に再配向するために、角度増分だけ方位軸の周りで前記基板を割り出す段階と、
段階（ｃ）及び（ｄ）を複数の角度方向毎に反復する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１６】
前記特徴の各々が第１及び第２側壁を備え、
各特徴の前記第１及び第２側壁に隣接する基板の対称処理形状を提供するために十分な回数前記基板を回転し、段階（ｃ）及び（ｄ）を対応して複数回反復する段階を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１７】
前記基板を前記エネルギー粒子ビームに露光する段階が、
前記エネルギー粒子ビームで前記基板をエッチングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板を前記エネルギー粒子ビームに露光する段階が、
前記エネルギー粒子ビームで前記基板上に被膜を堆積する段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板の方位軸と前記エネルギー粒子ビームとの間で入射角を設定するために、前記エネルギー粒子ビームの前記長寸法と実質的に平行な軸の周りで前記基板を傾斜させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図５Ａ】
【図６】
【図６Ａ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図９Ａ】
【図１０】
【図１０Ａ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１３Ａ】
【図１４】
【図１４Ａ】
【図１５】
【図１６】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図５Ａ】
【図６】
【図６Ａ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図９Ａ】
【図１０】
【図１０Ａ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１３Ａ】
【図１４】
【図１４Ａ】
【図１５】
【図１６】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公表番号】特表２０１０−５３９６７４（Ｐ２０１０−５３９６７４Ａ）
【公表日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２５９６３（Ｐ２０１０−５２５９６３）
【出願日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７６８３５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０３９２６１
【国際公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（５０７４１４５３５）ビーコ・インスツルメンツ・インコーポレーテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７６８３５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０３９２６１
【国際公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（５０７４１４５３５）ビーコ・インスツルメンツ・インコーポレーテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
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