[發明專利]用于束處理系統的氣體傳輸

有效

• 申請號: 201080051642.4
• 申請日: 2010-11-16
• 公開（公告）號: CN102597312A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: C.D.錢德勒;S.蘭多爾夫;G.哈蒂根
• 申請（專利權）人: FEI公司
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/44;C23F4/04;H01L21/3065
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周春梅;譚祐祥

相關申請的交叉引用

本申請要求于2009年11月16提交的美國臨時申請61/261,622的優先權，該文獻以引用的方式結合到本文。

技術領域

本發明涉及提供用于束處理系統、離子束或電子束系統的氣體的系統。

背景技術

束系統例如是電子束系統、離子束系統、激光束系統、簇束系統和中性粒子束系統，所述束系統被用于通過蝕刻或沉積在表面上形成特征。束引發的沉積工藝使用前體氣體，所述前體氣體在存在該束的情況下產生反應以在束撞擊的區域中的表面上沉積材料。例如，氣態有機金屬化合物（例如，六羰基鎢）被設置在樣品附近并且被吸收到該表面上面。在存在帶電粒子束（例如，離子束或電子束）的情況下，該有機金屬化合物分解以形成保留在該表面上的金屬以及通過真空泵移除的揮發性有機化合物。蝕刻工藝使用這樣的前體氣體，該前體氣體與工件的表面反應以形成揮發性化合物。例如，碘能夠被用于蝕刻硅晶片。碘在存在束的情況下反應以形成揮發性碘化硅化合物，該碘化硅化合物離開樣品表面并且通過真空泵移除。

前體氣體通過“氣體注入系統”或“GIS”被引入到真空中。該氣體注入系統通常包括氣體源和氣體引導器，例如針或漏斗，該氣體引導器被設置在所述樣品附近并且將所述氣體朝向工件引導。由在室溫下呈固態或液態的材料形成的前體氣體通常從真空腔內的熔爐被供應。該氣體流通過加熱該固體或液體而產生，以增加其蒸發壓力，從而使得氣體流經該氣體引導器并且進入到真空腔中。例如，六羰基鎢在室溫下是固體并且典型地被加熱到大約55℃或60℃以升高其蒸發壓力，從而實現進入到真空腔中的合適流量。

例如，在Jorgen?Rasmussen的名為“Gas?Injection?System”的美國專利5,435,850中描述了一種現有技術系統。Rasmussen的氣體注入系統包括熔爐，固態或液態源材料被存儲在該熔爐中。該熔爐被設置在真空腔內。該熔爐被加熱以增加源材料的蒸氣壓力，并且來自源材料的氣體然后流動到樣品。通過供應到熔爐的熱量的量以及通過將柱塞定位在閥內以控制閥開口的大小來調節氣體流量。在許多應用中，受限的熔爐能力需要頻繁地補填該熔爐。一些前體化學物的危險性質使得在補填期間必須存在特定的安全設備，該設備在現場可能不容易被獲得。這種系統還需要在每次補填之后再對齊，使得針指向帶電粒子束的撞擊點。控制溫度以及閥開口提供控制帶電粒子束系統的樣品腔內的壓力的受限能力。

另一類型的氣體注入系統在Casella的名為“Gas?Delivery?Systems?for?Particle?Beam?Processing”的美國專利No.5,851,413中被描述。在Casella的系統中，該前體被存儲在真空腔外部并且流經導管以進入到樣品附近的氣體濃縮器中。將前體氣體存儲在真空腔外部的系統通常包括閥，例如步進電機控制的隔膜閥，以控制氣體流量。

在現有技術系統中，在帶電粒子束樣品腔中的前體氣體的壓力控制受到限制，這是因為該壓力僅通過控制氣體源的溫度或隔膜閥的開度而被控制。真空泵持續地移除樣品腔中的氣體，且因此當氣體流入等于氣體流出時達到均衡腔中的該壓力。在輸入氣體路徑中需要孔以限制流量，使得在樣品腔中能夠保持低壓。然而，這種孔增加了使樣品腔升高到期望操作壓力所需的時間。

圖1示出了用于氣體注入系統中的典型現有技術隔膜閥100。閥100包括閥體102和致動器，所述致動器例如是控制閥桿106的位置的步進電機104或氣動閥，該閥桿在供應管線112中的開口處將隔膜108定位在閥座110上。當閥桿106將隔膜壓靠閥座110中的開口上時，無氣體流經該開口。當閥桿移離該開口時，如圖1所示，該隔膜允許氣體從供應管線112流入該閥中并且通過出口管線114流出該閥。壓力在氣體系統的出口處被測量并接著利用校準表來相互關聯以反饋到控制系統。

隔膜閥操作在部分打開位置，其中流量取決于開度以及上游氣體壓力。一旦確定提供期望腔壓力的開度，那么該閥通常保持在該位置，除非腔中的壓力需要調節。流量控制是粗略的，并且閥桿的位置不與流率高度相互關聯。也就是說，提供在第一系統上的第一樣品壓力腔的閥設置將不必要在第二系統上提供相同的壓力。在這種處理中，優選的是保持在處理氣體之間的期望比。當每種成分的控制不精確時，可能難以保持該期望比。