本申請主張2014年5月9日申請的美國申請第14/274,018號的優(yōu)先權(quán)的權(quán)利，所述申請的內(nèi)容是以全文引用方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本實施例涉及使用離子束的襯底刻蝕，且更確切地說涉及刻蝕多層襯底以產(chǎn)生經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

如今許多裝置的制造常常需要刻蝕多個層來定義裝置特征。舉例來說，從包含不同層中的多個不同材料的層堆疊制造例如磁性隨機存取存儲器(magnetic random access meory；MRAM)或其它高級存儲器裝置等一些存儲器裝置，所述不同材料包含金屬或金屬合金。此層堆疊的刻蝕由于層堆疊內(nèi)的非易失性材料(例如，Co、Pt或Fe)的存在而遭受許多挑戰(zhàn)。由于此材料的非易失性性質(zhì)，用于圖案化MRAM層堆疊的刻蝕工藝主要依賴于物理刻蝕機制。

在用以定義MRAM單元的圖案化掩模材料形成于襯底上之后，掩?？涛g速率可類似于暴露層堆疊材料的速率，從而導(dǎo)致掩模的顯著腐蝕。此限制了對于給定掩模厚度可以刻蝕的層堆疊的厚度。例如90nm TiN或W可用作用于刻蝕30nm MRAM層的硬掩模。另外，從層堆疊刻蝕的材料(包含金屬材料)可再沉積于所形成的經(jīng)圖案化特征(例如存儲器單元)的側(cè)壁上，從而導(dǎo)致單元的臨界尺寸的增加，例如從25nm到40nm。金屬殘渣可由于在刻蝕期間的離子撞擊/混合而形成于凹陷氧化物的邊緣處，從而導(dǎo)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(cè)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刻蝕來改進經(jīng)圖案化特征的輪廓驟降度，且減少再沉積。然而，此情形可涉及刻蝕的時間，其并非可考慮到層堆疊厚度的變化或刻蝕速率隨時間的變動的穩(wěn)健過程。這與本實施例可需要的這些及其它考慮因素相關(guān)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提供此發(fā)明內(nèi)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(fā)明內(nèi)容并非意圖確認所主張的標的物的關(guān)鍵特征或基本特征，并且也非意圖輔助確定所主張的標的物的范圍。

在一個實施例中，一種刻蝕襯底的方法包含使用處理設(shè)備的控制設(shè)置的第一集合通過處理設(shè)備的提取板(extraction plate)將第一離子束導(dǎo)引到襯底。所述方法可進一步包含：檢測來自襯底的信號，所述信號指示由第一離子束刻蝕的材料的從第一材料到第二材料的改變；基于第二材料將處理設(shè)備的控制設(shè)置調(diào)整到不同于控制設(shè)置的第一集合的控制設(shè)置的第二集合；以及使用控制設(shè)置的第二集合通過提取板將第二離子束導(dǎo)引到襯底。

在另一實施例中，一種刻蝕裝置結(jié)構(gòu)的方法包含：提供包括安置于襯底基底(substrate base)上的層堆疊(layer stack)及具有安置于層堆疊上的多個掩模特征(mask feature)的掩模的襯底，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(shè)備的控制設(shè)置的第一集合通過處理設(shè)備的提取板將第一離子束導(dǎo)引到層堆疊。所述方法可進一步包含：檢測來自層堆疊的光學發(fā)射光譜學(optical emission spectroscopy；OES)信號，所述OES信號指示在層堆疊中刻蝕的材料的從第一材料到第二材料的改變；基于第二材料將處理設(shè)備的控制設(shè)置調(diào)整到不同于控制設(shè)置的第一集合的控制設(shè)置的第二集合；以及使用控制設(shè)置的第二集合通過提取板將第二離子束導(dǎo)引到層堆疊。

在另一實施例中，處理設(shè)備包含：等離子體源(plasma source)，其用以產(chǎn)生等離子體室(plasma chamber)中的等離子體；提取板，其沿著等離子體室的一側(cè)安置，所述提取板具有經(jīng)配置以在等離子體室與襯底之間施加偏壓時將離子束導(dǎo)引到襯底的孔口(aperture)；以及監(jiān)視設(shè)備，其用以測量來自襯底的信號。處理設(shè)備還可包含包括指令的至少一個計算機可讀存儲介質(zhì)，所述指令在執(zhí)行時致使處理設(shè)備識別來自襯底的第一信號，所述第一信號指示在將第一離子束導(dǎo)引到襯底時材料的從第一材料到第二材料的改變，基于第二材料將處理設(shè)備的控制設(shè)置調(diào)整到不同于控制設(shè)置的第一集合的控制設(shè)置的第二集合，及使用控制設(shè)置的第二集合通過提取板將第二離子束導(dǎo)引到層堆疊。

附圖說明

圖1A描繪根據(jù)一個實施例的處理設(shè)備的側(cè)視圖；

圖1B提供圖1A的處理設(shè)備的提取板及處理室的一個實施例的俯視圖描繪；

圖2A描繪示范性MRAM層堆疊的側(cè)視圖；

圖2B描繪根據(jù)一個實施例的刻蝕MRAM結(jié)構(gòu)；

圖3A說明用以監(jiān)視層堆疊的刻蝕的OES信號的使用；

圖3B描繪依據(jù)各種材料的離子入射角的濺射速率；

圖4A描繪可應(yīng)用于層堆疊的兩個不同層的刻蝕的兩個不同離子角分布的實例；

圖4B展示將離子束導(dǎo)引到襯底以產(chǎn)生經(jīng)刻蝕結(jié)構(gòu)的實施例；

圖5描繪示范性第一工藝流程；

圖6描繪示范性第二工藝流程；

圖7描繪示范性第三工藝流程；

圖8描繪示范性第四工藝流程；

圖9A到9C呈現(xiàn)用于實施與各種實施例一致的動態(tài)離子能量控制的一種情境的圖形表示；

圖10描繪示范性第五工藝流程；

圖11描繪示范性第六工藝流程；

圖12A到12C呈現(xiàn)用于實施圖10的工藝流程的一種情境的圖形表示；以及

圖12D到12F呈現(xiàn)用于實施圖11的工藝流程的一種情境的圖形表示。

具體實施方式

現(xiàn)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(fā)明的標的可以實施于許多不同形式并且不應(yīng)解釋為限于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(fā)明將是透徹并且完整的，并且這些實施例將把標的的范圍完整地傳達給所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員。在附圖中，相同標號始終指代相同元件。

本文中所描述的實施例提供用于動態(tài)地刻蝕襯底的設(shè)備及方法。確切地說，本實施例提供用以在安置于襯底基底上的在本文中被稱作“層堆疊”的層的堆疊內(nèi)產(chǎn)生經(jīng)刻蝕結(jié)構(gòu)的新穎方法及設(shè)備。層堆疊可部分用掩模覆蓋，所述掩模包括用以定義待刻蝕到層堆疊中的結(jié)構(gòu)的圖案的經(jīng)圖案化特征的集合。本實施例適合于刻蝕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于刻蝕其它多層結(jié)構(gòu)，其中在刻蝕期間動態(tài)地調(diào)整離子束刻蝕條件。在各種實施例中，使用動態(tài)刻蝕工藝執(zhí)行層堆疊的刻蝕，所述動態(tài)刻蝕工藝使用從等離子體室提取的離子束來濺射刻蝕層堆疊的多個層。根據(jù)本實施例，根據(jù)經(jīng)刻蝕的層的物理和/或化學性質(zhì)將處理設(shè)備的控制設(shè)置動態(tài)地調(diào)整為離子束的定制特性。

以此方式，包含驟降度及側(cè)壁損壞的MRAM層堆疊的結(jié)構(gòu)可通過根據(jù)在待形成的MRAM裝置的層堆疊內(nèi)經(jīng)刻蝕的層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(jù)離子能量及離子入射角兩者的不同濺射率，且其在經(jīng)形成的MRAM結(jié)構(gòu)上的再沉積速率可能因不同的粘著系數(shù)而不同。舉例來說，對于更難以刻蝕的金屬層來說，本實施例可將離子束能量動態(tài)地調(diào)整為較高能量及較大入射角，而對于更易于刻蝕的金屬層來說，可將離子束動態(tài)地切換為較低能量及較低入射角。

在各種實施例中，監(jiān)視設(shè)備及方法用以實時確定第一層的刻蝕何時完成，或鄰近第一層的第二層的刻蝕何時開始，或兩者的組合。以此方式，可作出關(guān)于何時調(diào)整產(chǎn)生用于刻蝕的離子束的處理設(shè)備的控制設(shè)置的確定。

本實施例的監(jiān)視設(shè)備可為如在所屬領(lǐng)域中通常已知的光學發(fā)射光譜學(optical emission spectroscopy；OES)裝置。監(jiān)視設(shè)備可替代性地為反射計裝置，其測量經(jīng)刻蝕的襯底的表面反射率，所述表面反射率可在不同層之間變化。然而，實施例并不限于此情形。此監(jiān)視設(shè)備在本文中通?？杀环Q作“端點檢測”設(shè)備，但在本實施例中，所檢測的“端點”可指示在刻蝕期間從第一層到第二層的轉(zhuǎn)變，且可用以調(diào)整用以執(zhí)行刻蝕的離子束條件，而非完全終止刻蝕。因此，在各種實施例中，從刻蝕層堆疊的處理室發(fā)射的OES信號可被用作實時指示層堆疊的給定層的刻蝕何時開始或鄰近給定層的層的刻蝕何時終止的反饋，以使得處理設(shè)備的控制設(shè)置經(jīng)調(diào)整以定制用于刻蝕給定層的離子束入射角、離子能量或其它參數(shù)。

圖1A描繪與本發(fā)明的實施例一致的處理設(shè)備100的側(cè)視圖。處理設(shè)備100包含用以產(chǎn)生等離子體室104中的等離子體112的等離子體源102。等離子體源102可為RF等離子體源(電感耦合等離子體(inductively-coupled plasma；ICP)源、電容耦合等離子體(capacitively coupled plasma；CCP)源、螺旋源、電子回旋共振(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(lǐng)域的技術(shù)人員所已知的其它等離子體源。在此特定實施例中，等離子體源102為具有RF產(chǎn)生器108及RF匹配網(wǎng)絡(luò)110的ICP源。RF功率從RF產(chǎn)生器到氣體原子和/或分子的傳遞通過天線及介電窗(未圖示)發(fā)生。氣體管線106通過適當氣體線及氣體入口連接到等離子體源102。等離子體源102或處理設(shè)備100的其它組件也可連接到真空系統(tǒng)(未圖示)，例如由旋轉(zhuǎn)或隔膜泵支持的渦輪分子泵等。等離子體源102由殼體126包圍，且絕緣體140將殼體126與包含襯底固持器120的處理室142分離。等離子體源102及襯底固持器120可處于升高電勢或可電接地，而處理室142可電接地。

提取板114可沿著等離子體室104的一側(cè)布置，如圖1A中所示。在圖1A的視圖中，提取板114布置于等離子體室104的底部。確切地說，提取板114安置于等離子體室104與處理室142之間。在一些情況下，提取板114可定義等離子體室或處理室或兩者的腔壁的一部分。提取板114包含孔口116，離子可通過所述孔口被提取為離子束118，且經(jīng)導(dǎo)引朝向襯底固持器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，其中出于清楚起見而省略等離子體室104及處理設(shè)備100的其它組件。

處理設(shè)備100進一步包含用以驅(qū)動提取光學器件及控制經(jīng)提供到襯底122的離子束能量的多個電壓供應(yīng)器。這些裝置一起被統(tǒng)稱為提取電壓系統(tǒng)130。在各種實施例中，提取電壓系統(tǒng)130可包含腔室電力供應(yīng)器132、提取板電力供應(yīng)器136及襯底電力供應(yīng)器138。為了產(chǎn)生如離子束118表示的在襯底122處具有所要能量的陽離子束，襯底電力供應(yīng)器138可對襯底固持器120加相對于地面的負偏壓，而等離子體室104接地?；蛘?，可對等離子體室104加相對于地面的正偏壓，且襯底固持器120可接地或?qū)ζ浼酉鄬τ诘孛娴呢撈珘?。在一些實施例中，可使用提取板電力供?yīng)器136與等離子體室104獨立地對提取板114加偏壓，或所述提取板可為浮動的。實施例并不限于此情形。

處理設(shè)備100還包含用以控制處理設(shè)備100的各種組件的操作的控制系統(tǒng)150?？刂葡到y(tǒng)150在其它特征中可包含指導(dǎo)處理設(shè)備100的包含以下各者組件的操作的硬件與軟件組件的組合：RF產(chǎn)生器105、質(zhì)量流控制器(未圖示)、襯底固持器120的移動及位置及提取電壓系統(tǒng)130?？刂葡到y(tǒng)150可包含例如包括指令的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述指令在執(zhí)行時致使處理設(shè)備100響應(yīng)于由從襯底122上的層堆疊刻蝕的材料產(chǎn)生的實時信號以及來自離子束輪廓測量的信號動態(tài)地調(diào)整處理設(shè)備組件的操作。

在各種實施例中，襯底固持器120可耦合到驅(qū)動裝置148，所述驅(qū)動裝置經(jīng)配置以使襯底固持器120沿著平行于所示的笛卡耳坐標系的Y軸的方向移動。在其它實施例中，襯底固持器120可沿著平行于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(shè)備100，即，允許修改襯底相對于提取孔口的相對位置，且允許相對于孔口116掃描襯底122，以使得可在一些情況下在整個襯底122表面之上提供離子束118。如圖1B中所提到，襯底固持器120及襯底122也可在X-Y平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)經(jīng)過旋轉(zhuǎn)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(jié)，其中孔口116在平行于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于襯底122沿著X軸的尺寸。舉例來說，對于30cm的沿著X軸的襯底尺寸，離子束的寬度可能寬若干厘米，例如33cm，以使得襯底122在其整個寬度上進行一次性處理。如圖1B中所示，鄰近于孔口116的襯底122的伸長部分可在任何給定情況下暴露于離子束118。因此，為了使整個襯底122暴露于離子束118的刻蝕，在處理設(shè)備100的操作的一個實例中，可沿著平行于點A與點B之間的Y軸的方向來回掃描襯底固持器120。在一些實例中，在給定襯底122的給定層的刻蝕期間，可在X-Y平面內(nèi)使襯底旋轉(zhuǎn)多次以暴露待由離子束118刻蝕的特征的不同部分。例如可在形成于襯底上的層堆疊的給定層的刻蝕期間多次執(zhí)行此旋轉(zhuǎn)，以便形成經(jīng)圖案化特征，例如含有多個層的MRAM裝置。

如圖1A中所進一步展示，在等離子體室104中產(chǎn)生等離子體112時，等離子體112的等離子體包層邊界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(shè)備100的控制設(shè)置而變化。以此方式，通過孔口116提取的離子的軌跡可通過調(diào)整處理設(shè)備100的控制設(shè)置而變化，如下文所論述。確切地說，在襯底固持器120與等離子體室104之間施加電壓(其在本文中被稱作“提取電壓”)時，從等離子體112提取離子束118，且將其導(dǎo)引到襯底122?？捎汕皇译娏?yīng)器132或襯底電力供應(yīng)器138提供高電壓，且在襯底固持器120上產(chǎn)生負極性以使得從等離子體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(yīng)離子或惰性氣體離子及反應(yīng)離子兩者等離子，所述離子通過已知物理刻蝕工藝濺射刻蝕來自襯底122的材料。在下文中所揭示的實施例中，形成于襯底122上的層堆疊的物理刻蝕可通過調(diào)整控制設(shè)置(例如，遞送到等離子體室104的RF功率或由處理設(shè)備100的組件施加的電壓，以及襯底122相對于提取板114的定位)來動態(tài)地調(diào)整?？刂圃O(shè)置的此動態(tài)調(diào)整促使能夠定制由離子束118對層堆疊的不同層執(zhí)行的刻蝕。因為離子束118可用以濺射刻蝕由層堆疊中的不同層(其中濺射刻蝕特性可在不同層之間變化)組成的裝置結(jié)構(gòu)，所以根據(jù)經(jīng)刻蝕的層調(diào)整離子束118的離子束輪廓可為有用的。此情形可產(chǎn)生在如所指出刻蝕裝置結(jié)構(gòu)中的所有層之后更佳的裝置結(jié)構(gòu)。如本文所使用的術(shù)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布(ion angular distribution；IAD)的離子束的特性或參數(shù)。如本文所使用的術(shù)語“離子角分布”是指離子束中的離子相對于垂直于襯底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范圍，其范圍被簡稱為“離子角展度”。在各種實施例中，通過調(diào)整例如提取電壓、等離子體室104中的氣體壓力及供應(yīng)到等離子體室104的RF功率以及下文論述的其它設(shè)置等控制設(shè)置來調(diào)整離子束輪廓。也可通過調(diào)整提取板114及襯底固持器120沿著平行于所示的笛卡耳坐標系的Z軸的方向的分離來調(diào)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(dǎo)引到襯底122時，可從形成于襯底122上的層堆疊的一或多個層產(chǎn)生信號146。圖2A描繪經(jīng)展示為層堆疊200的示范性MRAM層堆疊的側(cè)視圖，所述示范性MRAM層堆疊可由處理設(shè)備100刻蝕，且可在刻蝕期間發(fā)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(shè)備100中提供監(jiān)視設(shè)備144，所述監(jiān)視設(shè)備可檢測信號146。信號146可提供關(guān)于由離子束118刻蝕的一或多個層(圖1A中未圖示)的實時信息。舉例來說，在監(jiān)視設(shè)備為OES裝置的實施例中，信號146可表示來自從襯底122濺射刻蝕的至少一個元素的發(fā)射光譜，且發(fā)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(fā)射光譜，所述發(fā)射光譜可指示所刻蝕的層的一或多個元素，且從而識別所述層。在離子束刻蝕到第一層的底部時，來自第一層的第一元素的OES信號的強度可降低或變?yōu)榱?，因為來自所述元素的物質(zhì)不再被濺射刻蝕到氣相中。同時，來自最初安置于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開始刻蝕第二元素。

取決于第一層的濺射刻蝕特性及第二層的濺射刻蝕特性，在第一層的刻蝕完成且第二層的刻蝕開始時改變離子束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襯底的刻蝕期間動態(tài)地調(diào)整離子束118的離子束輪廓的情況或間隔。在刻蝕包括多個不同層的層堆疊的一些情況下，可多次執(zhí)行離子束118的離子束輪廓的調(diào)整。

在各種實施例中，處理設(shè)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在反饋回路中結(jié)合控制系統(tǒng)使用，以執(zhí)行對控制設(shè)置的調(diào)整直到如由計量所測量那樣達成了將用于刻蝕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由形成于襯底基底224上的多個層組成。在一個實例中，襯底基底224為硅，層222為氧化硅，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的范圍內(nèi)。然而，實施例并不限于此情形。層堆疊200的層中的許多層或大多數(shù)層可對反應(yīng)離子刻蝕的刻蝕具有抵抗性，如上所指出，且可通過物理濺射來更有效地刻蝕。然而，因為刻蝕特性可在不同層之間變化，所以在濺射刻蝕層堆疊200以形成MRAM裝置結(jié)構(gòu)時，調(diào)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刻蝕。調(diào)整刻蝕物質(zhì)的組份也可為有用的，以便在檢測到比先前層更難以刻蝕的新層時將Xe添加到Ar等離子體。

圖2B描繪已部分由離子束232刻蝕層堆疊200以形成MRAM特征230的一個情況。通過在襯底240的部分之上形成含有多個掩模特征234的掩模來促進用以定義MRAM特征230的濺射刻蝕。襯底240的未被掩模特征234覆蓋的那些部分由離子束232刻蝕。值得注意的是，掩模特征234也可由離子束232物理刻蝕，但可形成有足夠厚度以允許將層堆疊200刻蝕到足夠深度以形成所要裝置結(jié)構(gòu)。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(guān)于圖2A所描述的所有層。隨著刻蝕的進行，產(chǎn)生信號236，其可為由監(jiān)視設(shè)備144檢測的OES信號。此OES信號可隨著刻蝕層堆疊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(fā)射光譜特性的OES光譜的信號強度的曲線圖，依據(jù)時間監(jiān)視所述OES光譜。圖3A的曲線圖的縱坐標為發(fā)射光譜的強度，而橫坐標表示經(jīng)刻蝕的材料的深度，其中層堆疊200的外表面朝向左。在圖3A的實例中，在刻蝕如由層202表示的鉭層之后收集OES光譜。隨著時間的流逝，層堆疊200的刻蝕導(dǎo)致發(fā)射光譜的改變，這是因為刻蝕了不同層。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(xiàn)層218的較大及較寬峰值表示。另外，圖3展示表示層214的PtMn材料中的鉑的Pt信號258、來自層216的Ta信號256及可表示層212、層208及層204中的鐵的Fe信號260。最后，硅信號254表示層222及襯底基底224中的硅。

如由圖3A所說明，層堆疊200中的不同元素的發(fā)射光譜特性的強度實質(zhì)上隨時間或深度而變化，從而允許確定一個層的刻蝕何時終止及后續(xù)層的刻蝕何時開始。在各種實施例中，可監(jiān)視在離子束232的刻蝕期間從處理室接收的發(fā)射光譜作為包含監(jiān)視設(shè)備144及控制系統(tǒng)150的反饋系統(tǒng)的部分。舉例來說，在來自表示新層的元素的發(fā)射經(jīng)檢測為高于閾值時，監(jiān)視設(shè)備144可輸出由控制系統(tǒng)150接收的信號238，所述信號觸發(fā)了對產(chǎn)生離子束232的處理系統(tǒng)的控制設(shè)置的調(diào)整。如關(guān)于下圖所詳述，在一些實施例中，對控制設(shè)置的此調(diào)整可改變?yōu)殡x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的刻蝕期間，可在多個場合下進行對控制設(shè)置的調(diào)整，例如由監(jiān)視設(shè)備144檢測到來自新層的元素特性的發(fā)射的情況。在其它實例中，在檢測新層時無需進行對控制設(shè)置的調(diào)整。舉例來說，如果層堆疊200中的上覆層的濺射刻蝕特性類似于鄰近上覆層的底層的濺射刻蝕特性，那么可維持離子束232的離子束輪廓以用于刻蝕上覆層及底層兩者。

然而，在第一層的刻蝕期間，在從具有不同于第一層的元素的刻蝕特性的第二層檢測到新元素時，可調(diào)整控制設(shè)置以定制離子束輪廓以更佳地刻蝕新元素。

圖3B描繪依據(jù)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(zhì)上針對可以用于層堆疊中的不同層而變化的事實。濺射速率具體來說經(jīng)展示為在將在1.5kV的電壓下提取的1E17Ar離子的劑量導(dǎo)引到由給定材料組成的層之后的經(jīng)刻蝕厚度(厚度損失)。離子入射角從0度(其垂直于給定層的平面)變化到85度。因此，在如圖2B中所示刻蝕層堆疊的情況下，60度的離子入射角表示形成相對于經(jīng)刻蝕的結(jié)構(gòu)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于相同結(jié)構(gòu)的垂直側(cè)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刻蝕速率數(shù)據(jù)。在每一數(shù)據(jù)組內(nèi)，如由15度離子入射角的數(shù)據(jù)組262所說明，從左到右按W、Ru、MgO、TiN及Ta的順序?qū)⒖涛g速率數(shù)據(jù)提供為一組直方圖。因此，條柱264表示W(wǎng)，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。為了突出濺射刻蝕行為的差異，應(yīng)注意對于低于45度的離子入射角度，MgO的濺射刻蝕速率極低，且在70度處達到刻蝕速率的峰值。相對比地，Ru的濺射刻蝕速率在15度與80度之間的離子入射角度的范圍內(nèi)相對較高且相對恒定，在60度處達到峰值。此外，對于低于60度的離子入射角，TiN的濺射刻蝕速率保持相對較低，且在80度的離子入射角處達到峰值。使用此數(shù)據(jù)，可在產(chǎn)生30度的離子入射角的控制設(shè)置下刻蝕包括釕的第一層。在檢測由MgO組成的后續(xù)層時，可調(diào)整控制設(shè)置以產(chǎn)生60度的離子入射角以更高效地刻蝕MgO層。

在其它實施例中，可調(diào)整離子能量、射束電流以及離子物質(zhì)以考慮不同層的濺射刻蝕行為的差異。除了調(diào)整控制設(shè)置以考慮不同層的濺射刻蝕行為的差異之外，也可調(diào)整控制設(shè)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(yīng)用于刻蝕層堆疊的兩個不同層的兩個不同離子角分布實例。離子角分布經(jīng)展示為依據(jù)離子入射角(θ)的離子的相對密度，所述離子入射角可相對于襯底的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(dǎo)引到襯底400以產(chǎn)生經(jīng)刻蝕結(jié)構(gòu)410的實例。經(jīng)刻蝕結(jié)構(gòu)410可在刻蝕完成時形成MRAM單元?？赏ㄟ^刻蝕部分由至少一個掩模特征(例如掩模特征234)遮蔽的層堆疊412而產(chǎn)生經(jīng)刻蝕結(jié)構(gòu)410。在一個實例中，可在至少一個場合中在層堆疊412的刻蝕期間動態(tài)地調(diào)整離子束414的離子束輪廓，以根據(jù)經(jīng)刻蝕的層的濺射刻蝕特性定制經(jīng)刻蝕結(jié)構(gòu)410的刻蝕。舉例來說，控制設(shè)置可被設(shè)置為控制設(shè)置的第一集合以產(chǎn)生離子束414中的IAD 402來刻蝕層422，所述層的元素可更適合于在20度的平均角處刻蝕。隨后，在層422的刻蝕幾乎完成時或在層424的刻蝕已開始時，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，基于層424中的材料(元素)的性質(zhì)，可作出將控制設(shè)置調(diào)整到控制設(shè)置的第二集合的確定，此舉導(dǎo)致產(chǎn)生離子束414中的IAD 404。使用IAD 404刻蝕層424可接著繼續(xù)進行，直到檢測到后續(xù)層為止，在此時取決于后續(xù)層中的元素的性質(zhì)可或可不對控制設(shè)置進行進一步調(diào)整。此情形可導(dǎo)致產(chǎn)生例如IAD 402或不同IAD。

除了調(diào)整層堆疊的不同層之間的IAD之外，在各種實施例中，可調(diào)整離子束輪廓的其它組件。在一些情況下，如下詳述，可根據(jù)經(jīng)刻蝕的層調(diào)整例如離子束414等離子束的離子能量?？衫缤ㄟ^調(diào)整提取電壓來實現(xiàn)此情形，所述提取電壓可直接確定離子能量。舉例來說，等離子體室中的等離子體的等離子體電位可為幾伏直到幾十伏，高于等離子體室的電位。因此，在等離子體室與襯底固持器之間施加1000V的提取電壓時，離開等離子體的單獨充電正離子可例如以1020V的能量加速到襯底。離子束414的離子能量的調(diào)整可在刻蝕具有不同刻蝕能力的連續(xù)層時為有用的。舉例來說，與較易于刻蝕的金屬層相比較，更難以刻蝕的金屬層可經(jīng)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(xù)層的刻蝕之間調(diào)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沖周期內(nèi)的“接通”及“斷開”部分的脈沖離子束來調(diào)整射束電流?？赏ㄟ^在接通和斷開狀態(tài)之間的提取電壓的脈沖或通過在接通和斷開狀態(tài)之間的等離子體室中的等離子體的脈沖來實現(xiàn)脈沖。通過使此脈沖離子束的離子束工作循環(huán)(也就是說，接通狀態(tài)的持續(xù)時間對接通和斷開狀態(tài)的總持續(xù)時間的比率(D_ON/(D_ON+D_OFF)))變化，可調(diào)整隨著時間的過去而遞送的平均射束電流。此情形可允許對于待刻蝕的給定層按需要減小或增加刻蝕速率。在一些實施方案中，可通過使在脈沖周期的頻率保持恒定的脈沖周期內(nèi)的接通部分的持續(xù)時間變化而使工作循環(huán)變化，而在其它實施方案中可通過使脈沖周期的頻率(持續(xù)時間)變化同時保持接通部分的持續(xù)時間恒定而使工作循環(huán)變化。實施例并不限于此情形。

為了更準確地確定何時調(diào)整離子束輪廓以定制對給定層的刻蝕特性的刻蝕，在一些實施例中例如兩個、三個、四個或更多數(shù)目個監(jiān)視設(shè)備等多個監(jiān)視設(shè)備可用以監(jiān)視從襯底刻蝕的物質(zhì)。因為待刻蝕的給定層的層厚度可能跨越襯底并不完全均勻，且因為跨越襯底的離子束電流密度可例如沿著平行于Y軸的方向變化，所以給定層的刻蝕可在襯底中的不同點之間變化。此情形可導(dǎo)致襯底的一個區(qū)中的層堆疊的第一層的完整移除，而第一層的一部分保持在襯底的另一部分中。現(xiàn)在返回到圖1B，展示了使用三個監(jiān)視設(shè)備的實例，其經(jīng)展示為布置于平行于Y軸的線中的監(jiān)視設(shè)備144。以此方式，例如可從物質(zhì)監(jiān)視OES信號，從鄰近襯底的不同位置檢測所述物質(zhì)。這些不同位置可提供來自從襯底122的不同部分(例如中心區(qū)C、中間區(qū)I及外部區(qū)O)濺射的物質(zhì)的光學發(fā)射。如果給定層的刻蝕是以不均勻方式沿著平行于Y軸的方向進行的，那么鄰近中心區(qū)C的由監(jiān)視設(shè)備144檢測的OES信號可不同于鄰近外部區(qū)O的由監(jiān)視設(shè)備144檢測的OES信號。在一個實例中，控制系統(tǒng)150可從所有三個監(jiān)視設(shè)備接收OES信號，且基于三個OES信號的平均值作出關(guān)于何時認為給定層的刻蝕完成及因此何時改變控制設(shè)置的給定集合的確定。在另一個實例中，響應(yīng)于所檢測的非均勻性，控制系統(tǒng)可調(diào)整掃描速度、脈沖等離子體的工作循環(huán)或襯底旋轉(zhuǎn)方案以實現(xiàn)更佳刻蝕均勻性。

在特定實施例中，在層堆疊的層內(nèi)進行刻蝕期間，可依據(jù)在襯底的掃描期間襯底相對于提取板的位置調(diào)整工作循環(huán)。舉例來說，層堆疊內(nèi)的層的刻蝕可通過在垂直于如上文關(guān)于圖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襯底來實現(xiàn)。如果在給定時間依據(jù)沿著給定方向的襯底上的位置檢測到層厚度的非均勻性或從中心到邊緣的刻蝕速率，那么此情形可通過在沿著給定方向掃描襯底時使工作循環(huán)變化來調(diào)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于襯底的不同位置(例如沿著如圖1B中所說明的平行于Y軸的第一方向的不同位置)處的多個OES檢測器的陣列檢測中心到邊緣非均勻性?？衫缤瑫r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襯底的不同部分濺射的材料的組份。在一個情境下，通過檢測放置在相對于襯底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指示給定層的刻蝕完成的信號強度的降低。舉例來說，可首先在經(jīng)放置以截取來自鄰近于芯片的外部部分濺射的物質(zhì)的光學發(fā)射的OES檢測器處檢測Ru層的信號強度降低。在此狀況下，可在孔口下面掃描芯片的邊緣時選擇性地降低脈沖等離子體的工作循環(huán)，以便減小沿著芯片的外部部分的Ru層的刻蝕速率。或者，可在孔口下面掃描芯片的內(nèi)部部分時選擇性地增加脈沖等離子體的工作循環(huán)，從而相對于外部部分增加Ru層的刻蝕速率。

此外，在其它實施例中，可響應(yīng)于從不同OES檢測器接收的不同OES信號作出其它調(diào)整。舉例來說，可在給定時間從沿著第一方向布置于第一位置處的第一OES檢測器接收第一OES信號，所述第一方向可為襯底的掃描方向?？赏瑫r從沿著第一方向布置于第二位置處的第二OES檢測器接收第二OES信號，其中第二OES信號不同于第一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(fā)生刻蝕，或在給定層中在第一位置處刻蝕接近完成，但在第二位置處并未接近完成。因此，可在第一位置與第二位置之間掃描襯底時執(zhí)行對脈沖離子束的工作循環(huán)的前述調(diào)整。然而，可在從第一位置到第二位置的襯底的掃描期間動態(tài)地調(diào)整其它控制設(shè)置以減小(或增加)層內(nèi)的刻蝕速率，例如調(diào)整等離子體功率或芯片的掃描速率。

在各種實施例中。用以刻蝕層堆疊的離子束的離子束輪廓的動態(tài)控制可至少部分由可駐留于控制系統(tǒng)150中的軟件、硬件或硬件與軟件的組合自動化。本文中包含一組流程圖，其表示用于執(zhí)行所揭示的動態(tài)離子束刻蝕的新穎方面的示范性方法。雖然出于簡化解釋的目的，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(jīng)展示及描述為一系列動作，但應(yīng)理解并了解方法不受動作的次序限制，因為一些動作可根據(jù)所述方法按不同次序出現(xiàn)和/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(xiàn)。此外，對于新穎實施方案，可能并不需要方法中所說明的所有動作。

圖5描繪用于實施動態(tài)離子束刻蝕的示范性第一工藝流程500。此工藝流程及下圖中所揭示的其它工藝流程可實施于例如上文所揭示的處理設(shè)備100等處理設(shè)備中。在框502處，使用處理設(shè)備的控制設(shè)置的第一集合通過提取板將第一離子束導(dǎo)引到襯底。舉例來說，第一控制設(shè)置可經(jīng)布置以產(chǎn)生具有第一離子角分布及離子能量的離子束，所述離子束適合于刻蝕構(gòu)成形成于襯底上的層堆疊的第一層的第一元素。

在框504處，從層堆疊監(jiān)視信號，所述信號例如從由來自層堆疊的第一離子束濺射的物質(zhì)發(fā)射的OES信號。在特定實施例中，信號可包括在一系列波長內(nèi)的輻射強度，其中監(jiān)視不同元素的光學發(fā)射的不同波長范圍特性。因此，信號可構(gòu)成在至少一個波長范圍內(nèi)檢測的輻射的強度。

在框506處，檢測從襯底(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。來自襯底的此信號可造成從襯底刻蝕的第一物質(zhì)的發(fā)射譜線的強度的降低。第一物質(zhì)的發(fā)射譜線可在第一波長范圍處出現(xiàn)，所述第一波長范圍為經(jīng)刻蝕的第一層中的元素的特性。在發(fā)射譜線強度降低時，此情形可被認為指示經(jīng)刻蝕的材料的改變發(fā)生，此情形可指示刻蝕具有不同元素的新的第二層。或者，來自襯底的信號可為在第二波長處的發(fā)射譜線的強度的增加，所述第二波長為待刻蝕的第二層中的元素的特性，此情形也可被認為指示刻蝕第二層。另外，來自襯底的信號可為襯底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刻蝕終止時出現(xiàn)且

在框508處，將處理設(shè)備的控制設(shè)置調(diào)整到不同于控制設(shè)置的第一集合的控制設(shè)置的第二集合?？刂圃O(shè)置的第二集合基于待刻蝕的第二材料。舉例來說，控制設(shè)置的第二集合可用以產(chǎn)生經(jīng)定制以用于刻蝕第二材料的離子束輪廓，所述離子束輪廓可不同于經(jīng)定制以用于刻蝕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(shè)置的第二集合可通過檢索配方自動產(chǎn)生，所述配方指定與第二層中的元素相關(guān)聯(lián)或與含有第二層中的元素的材料(例如合金或化合物)相關(guān)聯(lián)的控制設(shè)置的集合。

在框510處，使用控制設(shè)置的第二集合通過提取板將第二離子束導(dǎo)引到層堆疊。第二離子束可包括與第一離子束相同的離子物質(zhì)，但其被稱作第二離子束是因為其能量及離子角分布可不同于第一離子束的能量及離子角分布。

在各種實施例中，可順序重復(fù)如通常在框504與510之間所描繪的工藝流程以用于刻蝕層堆疊的額外層。因此，在刻蝕層堆疊的第二層時，可監(jiān)視信號以確定第二層的刻蝕何時完成及含有第三材料的第三層的刻蝕將開始?；诘谌牧系脑?，可將控制設(shè)置調(diào)整到經(jīng)配置以產(chǎn)生第三離子束的控制設(shè)置的第三集合，所述第三離子束具有經(jīng)定制以刻蝕第三層中的一或多個第三元素的離子束輪廓。

圖6描繪用于實施動態(tài)離子束刻蝕的示范性第二工藝流程，即工藝流程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(E_f，θ_f，I_f)。另外，接收初始襯底定向角度(γ₀)及襯底旋轉(zhuǎn)增量(γ)，以及襯底溫度(T)。響應(yīng)于接收到初始離子束輪廓，可使用控制設(shè)置的初始集合產(chǎn)生初步離子束。在一些變體中，可執(zhí)行計量以測量初步離子束。

在框604處，調(diào)整控制設(shè)置的初始集合直到達成包含E₀、θ₀、I₀的初始離子束輪廓為止。經(jīng)調(diào)整的初始控制設(shè)置可包含如由用于處理設(shè)備的等離子體室電壓及襯底電壓的差值(V_C-V_S)確定的提取電壓?？烧{(diào)整的其它初始控制設(shè)置包含供應(yīng)到處理設(shè)備的等離子體室的RF功率、Z間隙、等離子體室中的氣體壓力、離子束的工作循環(huán)，以及襯底固持器的掃描速度。可基于從由位于處理室中的設(shè)備執(zhí)行的原位計量接收的初步離子束的測量作出達成初始離子束輪廓的確定。經(jīng)調(diào)整的控制設(shè)置可構(gòu)成將應(yīng)用于刻蝕襯底的控制設(shè)置的第一集合。

在框606處，使用控制設(shè)置的第一集合通過提取板將離子束導(dǎo)引到襯底，除了前述控制設(shè)置之外，所述控制設(shè)置的第一集合還可包含襯底溫度及初始襯底定向角度γ₀。在框608處，執(zhí)行“向上掃描”，其中在相對于提取板的第一方向上掃描襯底。在框610處，以旋轉(zhuǎn)增量下旋轉(zhuǎn)襯底，且在框612處在與第一方向相反的第二方向上向下掃描襯底。在框614處，再次以旋轉(zhuǎn)角度增量γ₀旋轉(zhuǎn)襯底。

在決策框616處，作出關(guān)于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刻蝕的情況。如果未完成所述操作，例如如果并未檢測到指示刻蝕新層的OES信號，那么所述工藝返回到框608。如果是，那么所述工藝移動到?jīng)Q策框618。

在決策框618處，作出關(guān)于是否檢測到最終刻蝕操作端點的確定。舉例來說，最終刻蝕操作端點可為完成層堆疊的刻蝕的情況。此情形可在一個實施方案中在來自例如硅等襯底元素的OES信號增加時確定。如果是，那么所述工藝在框620處結(jié)束。如果不是，那么所述流程前進到框622。

在框622處，根據(jù)從控制設(shè)置的先前集合檢測的新層調(diào)整處理設(shè)備的控制設(shè)置，所述控制設(shè)置的先前集合可為上文所論述的控制設(shè)置的第一集合。舉例來說，可基于由OES裝置檢測的一或多個元素的信號的增加調(diào)整控制設(shè)置，所述增加被認為指示新層的刻蝕的開始。將控制設(shè)置調(diào)整到控制設(shè)置的當前集合，包含提取電壓(V_C-V_S)、RF功率、Z間隙、等離子體室氣體壓力、脈沖離子束的工作循環(huán)或襯底固持器的掃描速度中的任一者的調(diào)整。在一些實施例中，在框622處建立的控制設(shè)置的當前集合可通過檢索配方而自動產(chǎn)生，所述配方指定與待刻蝕的新層中的一或多個元素相關(guān)聯(lián)的控制設(shè)置的集合。

在框624處，使用控制設(shè)置的當前集合通過提取板將離子束導(dǎo)引到襯底。所述流程接著返回到框608。

在各種實施例中，如何根據(jù)待刻蝕的層定制處理設(shè)備的控制設(shè)置的確定可以不同方式執(zhí)行。圖7描繪用于實施動態(tài)離子束刻蝕的示范性第三工藝流程，即，工藝流程700。確切地說，圖7提供根據(jù)待刻蝕的層調(diào)整控制設(shè)置的一個實施方案。圖7可實施于上文所論述的工藝流程600內(nèi)。舉例來說，工藝流程700可實施于決策框618與框608之間。在框702處，檢測到待刻蝕的新層。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(jù)如上文所詳述的新層將控制設(shè)置調(diào)整到控制設(shè)置的當前集合。在一些實施例中，在框622處建立的控制設(shè)置的當前集合可通過檢索配方自動產(chǎn)生，所述配方指定與待刻蝕的新層中的一或多個元素相關(guān)聯(lián)的控制設(shè)置的集合。此情形可建立用于刻蝕基于先前測量或計算的新層的配方以便近似用以刻蝕新層的目標離子束輪廓。

隨后，在將控制設(shè)置調(diào)整到控制設(shè)置的當前集合之后，可在刻蝕新層之前反復(fù)地調(diào)整這些控制設(shè)置以便使得經(jīng)調(diào)整離子束實際上確實具有用以刻蝕新層的目標離子束輪廓?？蓤?zhí)行在將控制設(shè)置調(diào)整到控制設(shè)置的當前集合之后產(chǎn)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(jié)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(shè)置的當前集合產(chǎn)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(guān)于使用控制設(shè)置的當前集合產(chǎn)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，那么所述流程移動到框624，其中使用控制設(shè)置的當前集合將離子束導(dǎo)引到襯底。如果不是，那么所述流程前進到框708。

在框708處，將控制設(shè)置從控制設(shè)置的先前集合調(diào)整到控制設(shè)置的新(當前)集合?？刂圃O(shè)置的調(diào)整可基于在框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中提供用于調(diào)整控制設(shè)置以更佳地匹配離子束輪廓的組件的工藝流程的實例。隨后，可對使用控制設(shè)置的當前集合產(chǎn)生的離子束執(zhí)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，待刻蝕的層堆疊的層序列可被先天地認識。在此類狀況下，可在刻蝕期間檢索各自指定待用于待刻蝕的給定層的控制設(shè)置的集合的多個不同配方，以使得在如上文所描述檢測到指示給定層的信號時觸發(fā)給定配方。在其它實施方案中，層堆疊的層序列對于處理設(shè)備來說可能不為先天已知的。然而，甚至在后一種情況下，可在指定用以產(chǎn)生離子束以刻蝕給定層的控制條件的預(yù)定集合的條件下預(yù)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刻蝕期間，調(diào)整用于刻蝕第一層的控制設(shè)置以刻蝕立即接續(xù)層可取決于用于刻蝕第一層的配方與用于刻蝕立即接續(xù)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(shè)置，而在其他狀況下可改變單個控制設(shè)置，而還在其它狀況下，可不改變控制設(shè)置。

另外，是否刻蝕層堆疊中的層的精確序列為先天已知的，連續(xù)層的刻蝕之間的設(shè)置的控制的調(diào)整可分階段繼續(xù)進行。因此，在檢測指示新層的信號時，最初可將第一控制設(shè)置調(diào)整到與第二層中的第二材料相關(guān)聯(lián)的控制設(shè)置的預(yù)定集合?？刂圃O(shè)置的預(yù)定集合可經(jīng)設(shè)計以產(chǎn)生具有經(jīng)定制以用于濺射刻蝕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(shù)。在執(zhí)行計量以測量使用控制設(shè)置的預(yù)定集合經(jīng)導(dǎo)引穿過提取板的離子束的至少一個參數(shù)之后，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(diào)整控制設(shè)置的預(yù)定集合以產(chǎn)生更緊密地近似目標離子束輪廓的離子束。后續(xù)操作因此可涉及將控制設(shè)置的預(yù)定集合調(diào)整到控制條件的另一集合，測量在控制條件的其它集合下產(chǎn)生的新離子束，且重復(fù)此序列直到滿足目標離子束輪廓為止。因此，用以刻蝕第二層的控制設(shè)置的“第二”集合可表示控制設(shè)置從控制條件的原始第一集合的多個調(diào)整的結(jié)果。

在一些實施例中，在執(zhí)行控制設(shè)置的此反復(fù)調(diào)整以產(chǎn)生適合于刻蝕第二層的離子束之后，可存儲控制條件的第二集合以代替控制條件的先前預(yù)定集合作為用于刻蝕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(shè)置的給定集合產(chǎn)生的離子束的重復(fù)計量導(dǎo)致可再生地產(chǎn)生目標離子束輪廓，那么可減少或去除先前在控制設(shè)置的第一集合下刻蝕第一層與在控制設(shè)置的第二集合下刻蝕第二層之間切換時執(zhí)行的計量操作。因此，在刻蝕具有相同MRAM層堆疊的一批芯片的操作中，可在改變控制設(shè)置時對第一層及第二層的刻蝕之間的若干初始芯片執(zhí)行計量。此情形可產(chǎn)生控制設(shè)置的穩(wěn)定第二集合，所述穩(wěn)定第二集合一致地產(chǎn)生經(jīng)設(shè)計以刻蝕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(shè)置的第一集合與控制設(shè)置的第二集合之間自動切換來刻蝕后續(xù)芯片，而不用執(zhí)行計量操作。

圖8描繪用于實施動態(tài)離子束刻蝕的示范性第四工藝流程800。在框802處，使用控制條件的第一集合執(zhí)行使用離子束刻蝕層堆疊。在決策框804處，如果并未檢測到新層，那么所述流程返回到框802，其中使用控制條件的第一集合繼續(xù)刻蝕。如果例如由OES檢測到新層，那么所述流程前進到框806。

在框806處，作出關(guān)于是否以與控制條件的第一集合的離子能量相同的離子能量刻蝕新層的確定。如果是，那么所述流程前進到?jīng)Q策框808。在決策框808處，作出關(guān)于是否以相同平均角刻蝕新層的確定。如果是，那么流程返回到框802，其中使用控制條件的第一集合繼續(xù)進行(新層的)刻蝕。如果不是，那么所述流程前進到框810，其中將RF功率調(diào)整到處理設(shè)備。眾所周知，調(diào)整鄰近提取板的等離子體室中的RF功率可改變形成于提取板的孔口處的彎月面的形狀，且因此可更改離開等離子體且被導(dǎo)引到襯底的離子的平均角。

在框806處，如果將離子能量改變以用于刻蝕新層，那么所述流程前進到?jīng)Q策框812。在決策框812處，作出關(guān)于是否以具有與使用控制條件的第一集合產(chǎn)生的離子束相同的平均角的離子束刻蝕新層的確定。如果不是，那么所述流程移動到框814。在框814處，首先改變處理設(shè)備的提取電壓(V_C-V_S)以改變離子束的離子能量。隨后，最初調(diào)整RF功率以調(diào)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，那么所述流程前進到框816。在框816處，首先改變處理設(shè)備的提取電壓。隨后，調(diào)整Z間隙，且調(diào)整供應(yīng)到處理設(shè)備的等離子體室的RF功率以便為新離子束預(yù)留平均角?？尚枰苏{(diào)整的組合，因為一旦改變提取電壓以產(chǎn)生離子能量中的所需改變，便可改變通過孔口提取的離子束的形狀，從而導(dǎo)致平均角的改變。為了補償此結(jié)果，可更改等離子體功率以及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提供用于實施工藝流程的一種情境的圖形表示，其中動態(tài)地調(diào)整離子入射角以考慮層堆疊的不同層。確切地說，展示用于將經(jīng)圖案化特征刻蝕到具有層堆疊910的襯底900中的一系列刻蝕操作。在層堆疊910之上提供掩模特征902以定義在將離子導(dǎo)引到襯底以刻蝕層堆疊910的暴露部分時形成的結(jié)構(gòu)。在圖9A中，將離子束912導(dǎo)引到襯底900。設(shè)置處理設(shè)備的控制設(shè)置以提供適合于刻蝕頂層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的刻蝕的進行，可移除頂層904，從而暴露中間層906。中間層906可由金屬組成，所述金屬的刻蝕特性使得能量比離子束912所提供的能量高的離子更適合于刻蝕中間層906?？深A(yù)存儲用于中間層906的刻蝕物質(zhì)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(zhì)時，可自動調(diào)整例如提取電壓等處理設(shè)備的控制設(shè)置以產(chǎn)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(diào)整控制設(shè)置以產(chǎn)生相同平均角及相同射束電流，同時增加離子能量。隨后，在中間層906的刻蝕完成時，可檢索用于刻蝕底層908的物質(zhì)的配方，所述配方指示較高離子能量將用于刻蝕底層908。因此，在檢測從底層908濺射的物質(zhì)時，可自動調(diào)整例如提取電壓等處理設(shè)備的控制設(shè)置以產(chǎn)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(diào)整控制設(shè)置以產(chǎn)生相同平均角及相同射束電流，同時增加離子能量。

圖10描繪用于實施動態(tài)離子束刻蝕的示范性第五工藝流程，即工藝流程1000。在圖12A到12C中說明用于實施工藝流程1000的一種情境的圖形表示。在框1002處，在層堆疊的刻蝕期間檢測新層。在框1004處，作出以不同于用于控制設(shè)置的當前集合的平均角刻蝕新層的確定。在框1006處，作出以與用于控制設(shè)置的當前集合的離子能量相同的離子能量刻蝕新層的確定。在決策框1008處，作出關(guān)于是否以與由控制條件的當前集合產(chǎn)生的射束電流相同的射束電流刻蝕新層的決定。如果不是，那么所述流程框1010。

在框1010處，首先調(diào)整RF功率。隨后，調(diào)整Z間隙以產(chǎn)生所要角展度，所述角展度可對應(yīng)于用以刻蝕新層的目標離子束輪廓?？烧{(diào)整DC及等離子體室壓力以實現(xiàn)對離子束的角展度的更精細調(diào)整。

如果在決策框1008處作出使用與控制設(shè)置的當前集合的射束電流相同的射束電流的確定，那么所述流程前進到?jīng)Q策框1012。在決策框1012處，作出關(guān)于是否以如由控制條件的當前集合產(chǎn)生的角展度刻蝕新層的確定。如果是，那么所述流程前進到框1014。

在框1014處，可與對Z間隙的調(diào)整一起調(diào)整氣體饋入?；蛘?，可與RF功率的調(diào)整或?qū)間隙的調(diào)整或兩者一起調(diào)整等離子體室壓力。

如果在決策框1012處以不同角展度刻蝕新層，那么所述流程前進到框1016。在框1016處，改變Z間隙或改變硬件。

現(xiàn)轉(zhuǎn)而參看圖12A到12C，展示用于將經(jīng)圖案化特征刻蝕到具有層堆疊1230的襯底1200中的一系列刻蝕操作。在層堆疊1230之上提供掩模特征1222以定義在將離子導(dǎo)引到襯底以刻蝕層堆疊1230的暴露部分時形成的結(jié)構(gòu)。在圖12a中，將離子束1232導(dǎo)引到襯底1220。設(shè)置處理設(shè)備的控制設(shè)置以提供適合于刻蝕頂層1224的針對離子束1232提供的離子能量、平均角及離子電流。隨著使用離子束1232的刻蝕的進行，可移除頂層1224，從而暴露中間層1226。中間層1226可由金屬組成，所述金屬的刻蝕特性使得角度比離子束1232提供的角度高的離子更適合于刻蝕中間層1226。可預(yù)存儲用于刻蝕中間層1226的物質(zhì)的配方，所述配方指示將使用用于刻蝕中間層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(zhì)時，可自動調(diào)整例如RF功率等處理設(shè)備的控制設(shè)置以產(chǎn)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(diào)整控制設(shè)置以產(chǎn)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。隨后，在中間層1226的刻蝕完成時，可檢索用于刻蝕底層1228的物質(zhì)的配方，所述配方指示較高平均角將用于刻蝕底層1228。因此，在檢測從底層1228濺射的物質(zhì)時，可自動調(diào)整例如RF功率等處理設(shè)備的控制設(shè)置以產(chǎn)生具有仍然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(diào)整控制設(shè)置以產(chǎn)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描繪用于實施動態(tài)離子束刻蝕的示范性第六工藝流程，即，工藝流程1100。在圖12D到12F中說明用于實施工藝流程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(shè)置的當前集合產(chǎn)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刻蝕新層。

在決策框1106處，作出關(guān)于是否以與由控制條件的當前集合產(chǎn)生的射束電流相同的射束電流刻蝕新層的決定。如果不是，那么所述流程前進到框1108，其中調(diào)整提取電壓。調(diào)整到等離子體室的氣流或離子束工作循環(huán)，或調(diào)整兩者，以便調(diào)整射束電流。如果維持相同射束電流，那么所述流程前進到?jīng)Q策框1110。

在決策框1110處，作出關(guān)于是否以與由控制條件的當前集合產(chǎn)生的角展度相同的角展度刻蝕新層的確定。如果是，那么所述流程前進到框1112。在框1112處，首先調(diào)整處理設(shè)備的提取電壓。接著通過調(diào)整例如應(yīng)用于等離子體室的RF功率等適當控制設(shè)置來調(diào)整平均角。

如果在決策框1110處作出刻蝕新層的離子束的角展度將改變的確定，那么所述流程前進到框1114，其中首先調(diào)整提取電壓以改變離子能量。隨后，可調(diào)整Z間隙、RF功率及工作循環(huán)以調(diào)整離子束的平均角及角展度，同時維持射束電流。

現(xiàn)轉(zhuǎn)而參看圖12D到12F，展示用于將經(jīng)圖案化特征刻蝕到具有層堆疊1250的襯底1240中的一系列刻蝕操作。在層堆疊1250之上提供掩模特征1242以定義在將離子導(dǎo)引到襯底以刻蝕層堆疊1250的暴露部分時形成的結(jié)構(gòu)。在圖12D中，將離子束1252導(dǎo)引到襯底1240。設(shè)置處理設(shè)備的控制設(shè)置以提供適合于刻蝕頂層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的刻蝕的進行，可移除頂層1244，從而暴露中間層1246。中間層1246可由金屬組成，所述金屬的刻蝕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于刻蝕中間層1246。可預(yù)存儲用于刻蝕中間層1246的物質(zhì)的配方，所述配方指示將使用用于刻蝕中間層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(zhì)時，可自動調(diào)整例如提取電壓、RF功率及Z間隙等處理設(shè)備的控制設(shè)置以產(chǎn)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(diào)整控制設(shè)置以產(chǎn)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。隨后，在中間層1246的刻蝕完成時，可檢索用于刻蝕底層1248的物質(zhì)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于刻蝕底層1248。因此，在檢測從底層1248濺射的物質(zhì)時，可自動調(diào)整例如提取電壓及RF功率等處理設(shè)備的控制設(shè)置以產(chǎn)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(diào)整控制設(shè)置以產(chǎn)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(fā)明的范圍不應(yīng)受本文所描述的具體實施例限制。實際上，所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員根據(jù)以上描述和附圖將了解(除本文所描述的那些實施例和修改外)本發(fā)明的其它各種實施例和對本發(fā)明的修改。因此，此些其它實施例和修改傾向于屬于本發(fā)明的范圍。此外，盡管已出于特定目的在特定環(huán)境下在特定實施方案的上下文中描述了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將認識到其有用性不限于此，并且出于任何數(shù)目個目的，本發(fā)明可以有利地在任何數(shù)目的環(huán)境中實施。因此，上文闡述的權(quán)利要求書應(yīng)考慮如本文所述的本發(fā)明的全部范圍和精神來解釋。