使用斜角离子束进行单向孔洞延长的技术与设备的制作方法

本申请主张在2018年12月14日提出申请且名称为“使用斜角离子束进行单向孔洞延长的技术与设备(techniquesandapparatusforunidirectionalholeelongationusingangledionbeams)”的美国临时专利申请第62/779,757号的优先权，所述美国临时专利申请的全文并入本文中供参考。

本发明实施例涉及晶体管处理技术，且更具体来说，涉及用于对装置进行图案化的刻蚀处理。

背景技术：

随着半导体装置持续向更小的尺寸缩放，对特征进行图案化的能力变得越来越困难。

在当今的技术中，一项特别的挑战是以纳米或几十纳米的数量级来印刷例如腔等小的特征，其中各腔被分隔开小的距离。作为实例，随着装置结构的总体间距持续缩小，印刷具有适当尖端到尖端(tip-to-tip)距离的相邻线性沟槽或孔洞变得越来越具有挑战性。值得注意的是，由于覆盖(overlay)问题，以小的间距光刻印刷小的腔可能是不可靠的。换句话说，为了实现小腔的小间隔，可能需要多个掩模，其中掩模之间的覆盖误差可能引起腔的交叠或腔之间过大的间隔。

为了使用单个掩模层在给定层中产生此类图案，一种可能的策略是光刻图案化出一系列腔，且然后刻蚀所述腔以扩大所述腔。值得注意的是，在给定层中刻蚀腔的缺点是在刻蚀期间层厚度的损失。

关于这些及其他考虑因素，本发明的改进可为有用的。

技术实现要素：

在一个实施例中，提供一种对衬底进行图案化的方法。所述方法可包括在设置在所述衬底上的层中提供腔，所述腔沿着第一方向具有第一长度且沿着与所述第一方向垂直的第二方向具有第一宽度，并且其中所述层沿着与所述第一方向及所述第二方向垂直的第三方向具有第一高度。所述方法可包括：在第一沉积程序中在所述腔之上沉积牺牲层；以及在第一次曝光中将斜角离子引导到所述腔，其中所述腔被刻蚀，并且其中在所述第一次曝光之后，所述腔沿着所述第一方向具有大于所述第一长度的第二长度，且其中所述腔沿着所述第二方向具有不大于所述第一宽度的第二宽度。

在另一实施例中，一种对衬底进行图案化的方法可包括：在设置在所述衬底上的第一层中提供腔，所述腔沿着第一方向具有第一长度且沿着与所述第一方向垂直的第二方向具有第一宽度，并且其中所述层沿着与所述第一方向及所述第二方向垂直的第三方向具有第一高度。所述方法可包括：在第一沉积程序中在所述腔之上沉积牺牲层；以及在第一次曝光中将斜角离子引导到所述腔。所述斜角离子可包括：第一斜角离子束，具有第一轨迹，被引导到所述腔的第一侧壁；以及第二斜角离子束，具有第二轨迹，被引导到所述腔的与所述第一侧壁相对的第二侧壁。因此，所述腔被刻蚀，并且其中在所述第一次曝光之后，所述腔沿着所述第一方向具有大于所述第一长度的第二长度，且其中所述腔沿着所述第二方向具有不大于所述第一宽度的第二宽度。

在另一实施例中，提供一种设备。所述设备可包括：装载锁(loadlock)，用以接收衬底；以及传送腔室，耦合到所述装载锁，且被布置成在真空下传送所述衬底。所述设备可包括斜角离子束刻蚀站，所述斜角离子束刻蚀站耦合到所述传送腔室，用以相对于衬底平面的法线以非零入射角将斜角反应性离子束引导到所述衬底。所述设备可包括：聚合物沉积腔室，耦合到所述传送腔室，被布置成在所述衬底上沉积聚合物层；以及控制器，耦合到所述聚合物沉积腔室、所述传送腔室及所述斜角离子束刻蚀站。所述控制器可被布置成使所述衬底在多个刻蚀循环内循环，其中所述多个刻蚀循环中的给定刻蚀循环包括在所述聚合物沉积腔室中沉积所述聚合物层、在所述斜角离子束刻蚀站中刻蚀所述衬底以及通过所述传送腔室在所述聚合物沉积腔室与所述斜角离子束刻蚀站之间运送所述衬底。

附图说明

图1a至图1e示出根据本发明实施例的衬底处理的各个阶段的侧视图。

图1f至图1j示出分别与图1a至图1e对应的阶段的俯视图。

图2a示出根据本发明一些实施例对腔的选择性延长的实验结果。

图2b示出根据本发明其他实施例对腔的选择性延长的其他实验结果。

图2c示出根据本发明其他实施例对腔的选择性延长的其他实验结果。

图3a至图3e示出根据本发明其他实施例的衬底处理的各个阶段的侧视图。

图3f至图3j示出分别与图3a至图3e对应的阶段的俯视图。

图4a示出根据本发明其他实施例的另一处理设备的框图。

图4b示出根据本发明其他实施例的图3a所示处理设备的抽取几何学的俯视平面图。

图4c示出根据本发明其他实施例的另一处理设备的框图。

图5示出根据本发明额外实施例的另一处理设备。

图6示出根据一个实施例的示例性工艺流程。

具体实施方式

现在将在下文中参照其中示出一些实施例的附图更全面地阐述本发明实施例。本发明的主题可被实施为许多不同的形式，而不应被解释为仅限于本文中阐述的实施例。提供这些实施例是为了使本发明彻底及完整起见，且将向所属领域中的技术人员全面传达所述主题的范围。在附图中，相同的数字始终指代相同的元件。

本发明实施例提供对衬底进行图案化的新颖技术及设备，且具体来说提供沿着所设计方向刻蚀设置在衬底中的腔的新颖技术。此种处理可被视为延长图案化(elongationpatterning)，其中可形成具有初始形状及大小的特征(例如通孔或沟槽)，且随后可使用一系列刻蚀操作沿着所设计方向延长所述特征。所述所设计方向可对应于衬底平面内的水平方向。根据各种实施例，特征的延长可沿着所设计方向(第一方向)发生，而腔沿着衬底平面内与所设计方向垂直的方向(第二方向)并不被扩大或被扩大到较小的程度。这样一来，可仅沿着一个方向选择性地延长腔，从而为衬底图案化提供各种伴随的优点，如本文中所公开。

在特定实施例中，使用一组新颖的沉积及刻蚀操作来实现给定层内的单向腔延长。单向腔延长可指代沿着选定方向(例如沿着笛卡尔坐标系的y轴)对腔(或孔洞)的尺寸进行选择性延长，其中沿着正交方向(例如沿着x轴及沿着z轴)不发生延长。在一些实施例中，可对腔进行处理，其中包含腔的层的原始厚度(沿着z方向)可得以维持，同时腔在所述层的平面内仅沿着一个方向被刻蚀而沿着另一方向不被刻蚀。

在特定实施例中，腔设置在一层中，其中所述腔沿着第一方向具有第一长度。在第一操作中涉及在第一沉积程序中在腔之上沉积牺牲层，而第二操作涉及在第一次曝光中将斜角离子引导到所述腔，其中所述腔被刻蚀。在第一次曝光之后，腔可沿着第一方向获得大于第一长度的第二长度，其中所述腔沿着第二方向具有不大于第一宽度的第二宽度或最终宽度。在一些情况下，最终宽度与第一宽度相同。

图1a至图1e示出根据本发明实施例的衬底处理的各个阶段的侧视图。图1f至图1j示出分别与图1a至图1c对应的阶段的俯视图。

转到图1a-1e，示出根据本发明一些实施例在衬底100中实施衬底图案化期间的一系列实例。根据各种实施例，以循序方式执行沉积操作与刻蚀操作的组合。作为背景，衬底100可包括特征阵列，其中在图中仅示出一个特征，示为腔110。例如，在一些情况中，特征的横向尺寸可大约为30nm、20nm、10nm、5nm或3nm，而特征之间的所设计间隔可具有相似的值。为了准确地产生此类特征，提供沉积操作与刻蚀操作的新颖组合，以选择性地改变特征(例如沟槽或通孔)的大小。具体来说，可沿着目标方向选择性地延长沟槽或通孔以为所述沟槽或通孔产生所设计形状及大小，同时还调整沟槽之间的间隔以实现所设计间隔。同时，包含所述特征的层的层厚度可得以维持，而在与目标方向正交的方向上对特征的非期望扩大得以避免。

在图1a及图1f中，示出抽取系统120，用以将沉积物质以及刻蚀物质引导到衬底100。在一些实施例中，可以基于等离子体的工具来实施抽取系统120。在其他实施例中，抽取系统120可被省略。如图1a所示，产生等离子体122。在一些实施例中，等离子体122可产生用以沉积聚合物型膜的沉积物质。例如ch3f或ch4等气态物质或其他已知的形成聚合物的化学品可被提供，在等离子体122中反应，通过抽取开孔128离开抽取系统120。这些物质可形成反应性沉积物质132，所述物质射到衬底100上。在此实例中，在层116中形成有腔110，其中层116可为将要保留的硬掩模层、软掩模层或装置层。因此，腔110可由沿着不同方向的尺寸(包括沿着所示笛卡尔坐标系的y轴的l1、沿着z轴的h1及沿着x轴的w1)界定。如图1a及图1f所示，反应性沉积物质可沉积在层116上，包括沉积在腔110的侧壁114a、侧壁114c及侧壁114b上。在一些实施例中，衬底100可相对于等离子体122被施加负偏压，例如-200v、-100v、-50v或-20v。关于这一点，实施例并不受限制。因此，聚合物层可倾向于沉积在衬底100上，从而形成图1b及图1g所示的牺牲层115。由于来自等离子体122的自由基及中性物质(由反应性沉积物质132表示)的通量具有较高的立体角，沉积工艺可有利地在顶部水平表面上比在垂直表面(侧壁)上或向下在腔110中沉积更厚的聚合物。

继续图1b及图1g，在完成牺牲层115的沉积之后，执行定向反应性离子刻蚀操作，以沿着y轴延长所述腔。在图1b所示阶段处，牺牲层115涂布层116的顶表面以及第一侧壁114a及第二侧壁114c。反应性离子刻蚀化学品可为根据层116以及聚合物层(即牺牲层115)的性质而选择的已知刻蚀化学品。例如，如果层116是sion层，则可将刻蚀化学品选择成相对于其他材料(例如衬底基底层118)选择性地刻蚀sion。所述刻蚀操作涉及形成等离子体142并相对于衬底130的平面的垂线134以非零入射角θ引导斜角反应性离子束150，所述平面可表示晶片的上部主表面。如同在已知的反应性离子束刻蚀配方中，合适的反应性物质152可存在于反应性环境中，且可伴随着斜角反应性离子束150。在一些实施例中，刻蚀操作可在与图1a所示沉积操作相同的设备及相同的腔室中执行，其中斜角反应性离子束150是通过抽取部126与抽取部124之间的抽取开孔128从等离子体142抽取。如图1e所示，在不同的非限制性实施例中，抽取开孔128可沿着x方向延长，使得沿着x方向的大小是沿着y方向的大小的3倍、5倍、10倍、20倍或50倍。

在一些非限制性实施例中，此入射角的值可介于15度与75度之间的范围内。因此，水平表面及垂直表面均可暴露于离子且可被刻蚀。由于现在在层116的顶表面125上设置有保护性聚合物(牺牲层115)，因此此种刻蚀使得在图案被延长时层116的厚度损失减少(或者对层116的垂直刻蚀减少)。假定侧壁上也存在一些聚合物沉积，则横向刻蚀速率也可降低。

转到图1c及图1h，示出在图1b所示刻蚀操作的另一阶段处衬底100的结构。在此阶段处，通过斜角反应性离子束150，已沿着水平表面从牺牲层115的顶表面移除材料，同时已从第一侧壁114a完全移除牺牲层115。

转到图1d及图1i，示出在图1c所示刻蚀操作的另一阶段处衬底100的结构(其中为了清楚起见，移除了斜角反应性离子束150)。在此阶段处，通过斜角反应性离子束150，已从牺牲层115的顶表面移除更多的材料，同时已从第一侧壁114a完全移除牺牲层115。如图所示，牺牲层115的隅角可由于斜角离子的刻蚀而圆化，同时层116在顶表面上保持受到保护。腔110已通过沿着y轴刻蚀第一侧壁114a的一部分而被延长到长度l2，同时腔110的宽度保持为值w1，且层116的厚度保持为h1。

转到图1e及图1j，示出在完成图1d所示刻蚀操作之后衬底100的结构。腔110已沿着y轴被延长到长度l3，同时腔110的宽度保持为值w1，且层116的厚度保持为h1。更具体来说，在图1e所示阶段处，已通过由斜角反应性离子束150刻蚀第一侧壁114a而进一步延长腔110。随后，在完成使用斜角反应性离子束150进行的刻蚀时，牺牲层115的一部分可保留下来，可通过适当的湿式刻蚀或干式刻蚀来移除剩余部分，例如，所述湿式刻蚀或干式刻蚀被设计成相对于层116的材料优先刻蚀聚合物材料。因此，在移除聚合物层之后，腔110的隅角可展现出比在不使用牺牲层115的情况下原本将出现的圆化(rounding)更少的圆化。

如在以上实例中所示，本发明方法有利于以如下方式刻蚀例如腔110等的结构，即腔仅沿着一个方向被扩大，而包含所述腔的层的厚度可得以维持。视在图1a所示操作中沉积的聚合物的精确量及图1b所示刻蚀操作的持续时间而定，可调整单向刻蚀的程度。转到图2a，示出根据本发明实施例，腔的尺寸随着在基于cf4/o2等离子体的1kv离子束中的刻蚀时间的相对变化，其中离子束如上所述形成斜角离子。尺寸是在衬底上的绝缘层中形成的腔阵列中的腔的尺寸，其中腔具有大约25nm的初始横向尺寸、形成在初始厚度为大约50nm的层中。在此实例中，在刻蚀之前，在刻蚀工艺之前沉积聚合物层。聚合物层是从由ch3f产生的等离子体而沉积在腔上，其中在衬底与等离子体腔室之间施加零偏压。聚合物层在腔阵列上的水平表面上具有略大于10nm的厚度(在z方向上)，而沉积在侧壁上的聚合物的宽度是水平表面上聚合物层的厚度的大约一半。因此，在刻蚀之前，初始腔宽度及长度减小。曲线170表示包含腔的原始层的厚度，曲线172表示沿着y轴的长度，且曲线174表示沿着z轴的宽度。在此实例中，在1.8分钟的刻蚀时间之后，腔的长度l增加了大约25％，而宽度w根本未增加。h的总厚度损失小于10nm。在刻蚀结束时，聚合物层以及几纳米的包含腔的原始层被消耗。

图2b呈现具有与图2a所示实例中相似尺寸的腔阵列的刻蚀数据。在此实例中，曲线180表示包含腔的原始层的厚度h，曲线182表示沿着y轴的长度，且曲线184表示沿着z轴的宽度。在刻蚀之前，在腔阵列上沉积略大于15nm的聚合物层。沉积额外厚度的聚合物会有效地使得在刻蚀1.8分钟之后原始层不存在厚度损失。相似地，未观察到宽度w的变化，而长度l增加了大约20％。

图2a及图2b所示结果说明可微调沉积与斜角反应性离子束刻蚀的组合以将单向刻蚀优化。值得注意的是，本发明人已观察到，当未在腔上沉积聚合物层且如图1b所示沿着给定方向执行选择性延长刻蚀时，单向刻蚀在初始周期之后停止。换句话说，虽然刻蚀最初可仅沿着y轴进行，但在诱导周期(例如几分钟)之后，刻蚀也沿着x轴进行，从而使得腔在与所设计扩大方向正交的方向上发生不期望的扩大。初始周期有多长可取决于被刻蚀的膜堆叠及所使用的刻蚀化学品。

为了考虑到此种现象，可以一种在开始对腔的正交刻蚀之前在腔上补充聚合物涂层的方式循环地重复图1a及图1b所示操作。图2c呈现根据其他实施例的数据，所述数据示出腔的尺寸随着在使用斜角离子的基于cf4/o2等离子体的离子束中的刻蚀时间的相对变化。在此种情形中，初始腔条件与图2a所示实例中相同，其中在刻蚀之前，在腔上沉积厚度略大于10nm(在z方向上)的第一聚合物层。值得注意的是，在大约1.8分钟的刻蚀持续时间之后，沉积相似厚度的第二聚合物层，随后进行大约1.8分钟持续时间的第二刻蚀。随后，执行第三次聚合物沉积以形成与其他沉积中厚度相似的聚合物层，且执行第三次刻蚀达另外1.8分钟。如图所示，曲线190表示包含腔的原始层的厚度h，曲线192表示沿着y轴的长度，且曲线194表示沿着z轴的宽度。在此实例中，在1.8分钟的刻蚀时间之后，腔的长度l增加了大约70％，而宽度w根本未增加。h的总厚度损失小于10％。由于操作是以3个循环的循环方式执行，因此在每一循环中，在正交刻蚀开始之前(沿着x轴)，刻蚀就停止。因此，在总共5.4分钟的刻蚀之后，未观察到正交刻蚀，这意味着腔未沿着x轴扩大。在各种实验中，观察到高达16nm的腔延长；然而，可通过简单地执行更多的循环来扩展图2c所示结果以产生更大延长量。相似地，如图2b所反映，通过调整聚合物沉积工艺并选择恰当的刻蚀时间，原则上可实现单向刻蚀，其中y轴延长，而包含腔的层的厚度无任何损失，且腔未沿着x轴延长。作为比较，当如图1b大体所示使用离子束执行定向刻蚀时，在不预先沉积薄聚合物层的情况下，正交刻蚀在初始刻蚀周期之后开始。曲线196示出在刻蚀之前未沉积聚合物层的条件下，当对腔执行如同图2c所示其他数据中所大体安排的刻蚀时，腔沿着x轴的宽度随着刻蚀时间的变化。如曲线196所示，在初始两分钟内，沿着x轴的宽度不变，而在2.5分钟之后，宽度随着刻蚀时间的增加而增加。因此，在未沉积薄聚合物层的情况下，单向刻蚀不会维持至超过初始刻蚀周期。

图3a至图3e示出根据本发明实施例的衬底处理的各个阶段的侧视图。图3f至图3j示出分别与图3a至3e对应的阶段的俯视图。图3a至图3j中的操作与图1a至图1j中所示的操作大体相似，一个差异是沿着第一轨迹提供斜角反应性离子束150a且沿着与第一轨迹相反的第二轨迹提供斜角反应性离子束150b。此种配置可通过以下方式来实现：提供束阻挡器129，以界定第一抽取开孔128a及第二抽取开孔128b，从而界定两个斜角带状离子束。这些带状束可撞击腔的相对表面(示为第一侧壁114a、第二侧壁114c)，以便从两个侧壁均等地移除聚合物，且腔被对称地延长，如图3e及图3j所示。

在图3a及图3f中，示出抽取系统120a，用以将沉积物质以及刻蚀物质引导到衬底100。在一些实施例中，可以基于等离子体的工具来实施抽取系统120a。在其他实施例中，抽取系统120a可被省略。如图3a所示，产生等离子体122。在一些实施例中，等离子体122可产生用以沉积聚合物型膜的沉积物质。例如ch3f或ch4等气态物质或其他已知的形成聚合物的化学物质可被提供，在等离子体122中反应，通过抽取开孔128a及抽取开孔128b离开抽取系统120a。这些物质可形成反应性沉积物质132，所述物质射到衬底100上。在此实例中，在层116中形成有腔110，其中层116可为将要保留的硬掩模层、软掩模层或装置层。因此，腔110可由沿着不同方向的尺寸(包括沿着所示笛卡尔坐标系的y轴的l1、沿着z轴的h1及沿着x轴的w1)界定。如图3b及图3g所示，反应性沉积物质可沉积在层116上，包括沉积在腔110的第一侧壁114a及第二侧壁114c上。在一些实施例中，衬底100可相对于等离子体122被施加负偏压，例如-200v、-100v、-50v或-20v。关于这一点，实施例并不受限制。因此，聚合物层可倾向于沉积在衬底100上，从而形成图3b及图3g所示的牺牲层115。由于来自等离子体122的自由基及中性物质(由反应性沉积物质132表示)的通量具有较高的立体角，沉积工艺可有利地在顶部水平表面上比在垂直表面(侧壁)上或向下在腔110中沉积更厚的聚合物。

继续图3b及图3g，在完成牺牲层115的沉积之后，执行定向反应性离子刻蚀操作，以沿着y轴延长所述腔。在图3b所示阶段处，牺牲层115涂布层116的顶表面以及第一侧壁114a及第二侧壁114c。反应性离子刻蚀化学品可为根据层116以及聚合物层(即牺牲层115)的性质而选择的已知刻蚀化学品。例如，如果层116是sion层，则可将刻蚀化学品选择成相对于其他材料(例如衬底基底层118)选择性地刻蚀sion。所述刻蚀操作涉及相对于衬底130的平面的垂线以非零入射角θ引导一对斜角反应性离子束，所述平面可表示晶片的上部主表面。这些斜角反应性离子束被示为沿着第一轨迹引导的斜角反应性离子束150a及沿着第二轨迹引导的斜角反应性离子束150b。如所提及，此种配置可通过以下方式来实现：提供束阻挡器，以界定第一开孔及第二开孔(被示出为抽取开孔12a及抽取开孔128b)，从而界定两个斜角带状离子束。

如同在已知的反应性离子束刻蚀配方中，合适的反应性物质152可伴随着斜角反应性离子束。在一些实施例中，刻蚀操作可在与图3a所示沉积操作相同的设备及相同的腔室中执行，其中斜角反应性离子束150a及斜角反应性离子束150b是通过位于抽取部126a与抽取部124a之间的抽取开孔128a及抽取开孔128b被抽取。如图3g所示，在不同的非限制性实施例中，抽取开孔128a及抽取开孔128b可沿着x方向延长，使得沿着x方向的大小是沿着y方向的大小的3倍、5倍、10倍、20倍或50倍。

在一些非限制性实施例中，斜角离子152a及斜角离子152b的入射角的值可介于15度与75度之间的范围内。因此，水平表面及垂直表面均可暴露于离子且可被刻蚀。由于现在在层116的顶表面125上设置有保护性聚合物(牺牲层115)，因此此种刻蚀使得在图案被延长时层116的厚度损失减少(或者对层116的垂直刻蚀减少)。假定侧壁上也存在一些聚合物沉积，则横向刻蚀速率也可降低。

转到图3c及图3h，示出在图3b所示刻蚀操作的另一阶段处衬底100的结构。在此阶段处，通过斜角反应性离子束150a及斜角反应性离子束150b，已从牺牲层115的顶表面移除材料，同时通过斜角反应性离子束150a，已从第一侧壁114a完全移除牺牲层115，且通过斜角反应性离子束150b，已从第二侧壁114a完全移除牺牲层115。牺牲层115仍沿着层116的顶部保留。

转到图3d及图3i，示出在图3c所示刻蚀操作的另一阶段处衬底100的结构(为了清楚起见，移除了斜角反应性离子束150a及斜角反应性离子束150b)。在此阶段处，已从牺牲层115的顶表面移除了更多的材料，同时第一侧壁114a及第二侧壁114c已被延长以为腔110产生大于l1的长度l4。如图所示，牺牲层115的隅角可由于斜角离子的刻蚀而圆化，同时层116保持在顶表面上受到保护。腔110已被延长，而腔110的宽度保持为值w1，且层116的厚度保持为h1。值得注意的是，图3d所示结构可表示在完成使用斜角反应性离子束150a及斜角反应性离子束150b进行的刻蚀之后的腔110。

转到图3e及图3j，示出在通过适当的湿式刻蚀或干式刻蚀移除牺牲层115之后的衬底100的结构，例如，所述湿式刻蚀或干式刻蚀被设计成相对于层116的材料优先刻蚀聚合物材料。因此，在移除聚合物层之后，腔110的隅角可展现出比在不使用牺牲层115的情况下原本将出现的圆化更少的圆化。

现在转到图4a，示出以示意形式示出的处理设备200。处理设备200表示用于选择性地刻蚀衬底部分(例如选择性地延长腔)的处理设备。处理设备200可为具有等离子体腔室202的基于等离子体的处理系统，等离子体腔室202用于通过本领域中已知的任何方便的方法在其中产生等离子体204。电源230可例如为用以产生等离子体204的射频(radiofrequency，rf)电源。如图所示，可提供具有抽取开孔208的抽取板206，其中可执行选择性刻蚀以选择性地移除侧壁层。衬底(例如图1b所示的具有前述结构的衬底100)设置在工艺腔室222中。衬底100的衬底平面由所示笛卡尔坐标系的x-y平面表示，而衬底100的平面的垂线是沿着z轴(z方向)。

在定向刻蚀操作期间，如图所示，通过抽取开孔208抽取斜角离子束210。在一个实施例中，斜角离子束210可表示以上所述的斜角反应性离子束150。如同在已知系统中，当使用偏压电源220在等离子体腔室202与衬底100之间施加电压差时，可抽取斜角离子束210。偏压电源220可耦合到工艺腔室222，例如，其中工艺腔室222及衬底100保持处于相同的电势。在各种实施例中，如同在已知系统中，斜角离子束210可被抽取为连续束或脉冲式离子束。例如，偏压电源220可被配置成将等离子体腔室202与工艺腔室222之间的电压差供应为脉冲式直流(dc)电压，其中脉冲式电压的电压、脉冲频率及工作循环可彼此独立地加以调整。

通过相对于抽取开孔208且因此相对于斜角离子束210沿着扫描方向216对包含衬底100的衬底载台214进行扫描，当例如腔110un等结构例如垂直于扫描方向216而被定向时，斜角离子束210可刻蚀此类结构的目标表面，如图4b进一步所示。在各种实施例中，例如，斜角离子束210可被提供为带状离子束，其具有沿着图4b所示笛卡尔坐标系的x方向延伸的长轴。衬底100可被布置成例如使得腔110的一组侧壁(参见第一侧壁114a)暴露于斜角离子束210。这样一来，如图4a所示，相对于z轴(衬底平面的法线)形成非零入射角的斜角离子束210可撞击沿着x-z平面定向的侧壁，如所述。如图1c或图1f所示，此种几何学有利于对x-z侧壁进行反应性离子刻蚀而不刻蚀y-z侧壁，且因此选择性地延长腔110以产生腔110的延长结构。在各种实施例中，非零入射角的值可在10度至75度间变化，而在一些实施例中，所述值可介于20度与60度之间的范围内。关于这一点，实施例并不受限制。斜角离子束210可由包括惰性气体、反应性气体在内的任何方便的气体混合物组成，且在一些实施例中可与其他气态物质一起提供。可从气体源224提供气体，其中气体源224可为被耦合成向等离子体腔室202提供多种不同气体的气体歧管。在特定实施例中，斜角离子束210及其他反应性物质可作为刻蚀配方提供给衬底100，以便对衬底100上图案化层的目标侧壁执行定向反应性离子刻蚀。如上所论述，刻蚀配方可相对于衬底基底层118的材料是选择性的以便移除聚合物层(牺牲层115)及层116的材料，而不刻蚀衬底基底层118或者在较小的程度上刻蚀衬底基底层118。

在图4b所示实例中，斜角离子束210被提供为沿着x方向延伸成束宽度的带状离子束，其中所述束宽度足以使衬底100的整个宽度(甚至在沿着x方向的最宽部分处)受到暴露。示例性束宽度可在10cm、20cm、30cm或更大的范围内，而沿着y方向的示例性束长度可在3mm、5mm、10mm或20mm的范围内。关于这一点，实施例并不受限制。

如图4b还指示，可在扫描方向216上对衬底100进行扫描，其中扫描方向216位于x-y平面中，例如沿着y方向。值得注意的是，扫描方向216可表示在沿着y方向的两个相反(180度)方向上对衬底100的扫描，或者仅为向左的扫描或向右的扫描。如图3b所示，斜角离子束210的长轴垂直于扫描方向216沿着x方向延伸。因此，如图4b所示，当沿着扫描方向216从衬底100的左侧到右侧对衬底100进行扫描达足够的长度时，整个衬底100可暴露于斜角离子束210。

现在转到图4c，示出以示意形式示出的另一处理设备240。处理设备240表示用于对衬底执行斜角离子处理的处理设备，且除了以下所论述的差异之外，可与处理设备200实质上相同。值得注意的是，处理设备240包括邻近抽取开孔208设置的束阻挡器232。束阻挡器232的大小及位置适于界定第一开孔208a及第二开孔208b，其中第一开孔208a形成第一斜角离子束210a，且第二开孔208b形成第二斜角离子束210b。所述两个斜角离子束可相对于垂线226界定量值相等而方向相反的入射角。在一个实施例中，第一斜角离子束210a可表示斜角反应性离子束150a，而第二斜角离子束210b表示斜角反应性离子束150。相对于抽取板206沿着z轴偏移的束阻挡器可有助于界定斜角离子束的角度。因此，第一斜角离子束210a及第二斜角离子束210b可相似且同时地处理半导体鳍的相对侧壁，如图4c所大体示出。当配置成如图4b中带状束的形状时，通过如图所示对衬底台板214进行扫描，这些斜角离子束可将整个衬底100暴露于对装置中跨越衬底100分布的腔110进行的反应性离子刻蚀。在此种配置中，可同时刻蚀腔110的相对侧壁，从而在一次扫描操作中在沿着y轴的两个相反方向上延长腔110。

根据本发明的各种实施例，如上所详述，处理设备200或处理设备240也可被布置成沉积聚合物膜。因此，在刻蚀操作开始之前，可向等离子体腔室提供适当的物质，例如ch3f，以在衬底100上沉积聚合物层。在沉积之后，可切换气体化学品以根据情况使用一个斜角离子束210或多个斜角离子束(210a、210b)来执行斜角反应性离子束刻蚀。

在其他实施例中，可在群集工具的独立站中执行以上所详述的沉积及刻蚀操作。图5呈现根据本发明实施例的示例性系统(示为系统300)的俯视图(x-y平面)。根据本文中所公开的实施例，系统300可用于执行斜角离子刻蚀操作以及法向入射刻蚀操作。系统300可被配置为群集工具，其包括装载锁302及传送腔室304，以将衬底100运送到各种处理腔室及在各种处理腔室之间运送。传送腔室304及处理腔室可耦合到抽真空设备(例如已知的泵吸系统(未示出))，以将传送腔室304及以下所论述的其他处理腔室保持在真空条件下或受控的环境条件下。因此，衬底100可在不暴露于环境的情况下在各种处理腔室与传送腔室304之间被运送。系统300可包括耦合到传送腔室304的斜角离子束刻蚀站306，其中衬底100暴露于相对于衬底平面的法线以非零入射角引导的离子，这与图1a至图1c或图3a至图3c中大体所示的几何学一致。斜角离子束刻蚀站306可构成如上大体所述的等离子体腔室及抽取板，或者可构成以上所述的等离子体腔室、抽取板以及工艺腔室。系统300可进一步包括聚合物沉积腔室308，聚合物沉积腔室308耦合到传送腔室304且被布置成执行薄聚合物层的沉积。因此，为了执行图1a至图1e所示的操作序列，可在斜角离子束刻蚀站306与聚合物沉积腔室308之间依序运送衬底100，同时在各操作之间不破坏真空。图5所示配置的优点在于，可循环重复图1a至图1e所示工艺，以通过周期性地补充腔110上的薄聚合物层来维持单向刻蚀，同时不必改变给定腔室中的化学品，这是因为可在给定专用腔室中重复相同工艺。快速补充在定向离子束腔室中刻蚀的腔上的牺牲聚合物层的能力容许对待刻蚀的主要层(例如层116)的刻蚀仅沿着一个方向进行，而层116的顶部由于聚合物层的重复补充而不经历刻蚀。例如，此种重复补充也可防止或最小化层116所经历的任何隅角圆化。

图6示出示例性工艺流程400。在框402处，在设置在衬底上的至少一个层内提供腔。在一些实施例中，所述腔可形成在给定层内。在一些实施例中，所述腔可由沿着第一方向的第一长度及沿着与第一方向垂直的第二方向的第一宽度。所述层可由第一高度表征。在框404处，沉积牺牲层。在一些实施例中，所述牺牲层可为薄聚合物层。所述牺牲层可被沉积成在腔上方的水平表面上形成较厚的层且在腔的垂直表面上形成相对较薄的层。

在框406处，将腔暴露于斜角离子，例如在反应性离子刻蚀操作中，其中腔沿着第一方向延长到第二长度，而腔沿着第二方向具有不大于第一宽度的第二宽度。

在框408处，沉积第二牺牲层。在一些实施例中，所述第二牺牲层可为薄聚合物层。所述第二牺牲层可被沉积成在腔上方的水平表面上形成较厚的层且在腔的垂直表面上形成相对较薄的层。

在框410处，将腔暴露于斜角离子，例如在反应性离子刻蚀操作中，其中腔沿着第一方向延长到大于第二长度的第三长度，而腔沿着第二方向具有不大于第一宽度的第三宽度。

本发明实施例提供优于在衬底中界定特征的传统处理的各种优点。一个优点在于能够仅沿着一个方向选择性地延长腔，同时维持腔沿着与第一方向垂直的第二方向的尺寸。另一优点是能够将腔减小至已知光刻工艺所实现的间距以下。此种能力的实例是减小相邻沟槽(例如接触沟槽)之间的尖端到尖端间隔。由本发明实施例提供的另一优点是能够防止硬掩模的过度厚度损失并减少形成在硬掩模层中的腔中的隅角圆化，同时仍沿着目标方向选择性地延长腔。另一优点是能够减少用于产生特征图案的掩模数目，其中各特征可分隔开比可由单个掩模实现的阈值间隔小的距离。此种对掩模数目的减少进一步具有减小特征图案印刷的覆盖误差的有利效果。

本发明的范围不受本文所述的具体实施例限制。实际上，通过阅读以上说明及附图，对所属领域中的一般技术人员来说，除本文所述实施例及润饰以外，本发明的其他各种实施例及对本发明的各种润饰也将显而易见。因此，这些其他实施例及润饰都旨在落于本发明的范围内。此外，已针对特定目的而在特定环境中在特定实施方案的上下文中阐述了本发明，然而所属领域中的一般技术人员将认识到，效用并非仅限于此且可针对任何数目的目的在任何数目的环境中有益地实施本发明。因此，应考虑到本文所述本发明的全部范围及精神来理解以上提出的权利要求。