[發明專利]結合具有可選擇離子的聚焦離子束柱使用的感應耦合等離子體離子源

無效

• 申請號: 201210514925.9
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN103151233A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: A.格勞佩拉;C.奧迪斯
• 申請（專利權）人: FEI公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;H01J37/305;H01J27/16;H01J37/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 原紹輝;譚祐祥

技術領域

本發明涉及帶電離子束加工系統，且具體地涉及具有可選擇離子種類的帶電離子束系統。

背景技術

聚焦離子束（FIB）系統用于集成電路制造和納米技術中的各種應用中，以形成和改變微米級和納米級的結構。FIB系統能夠使用各種源來產生離子。例如，液態金屬離子源（LMIS）能夠提供高分辨率的加工（即，小的斑點尺寸），但是通常產生低的束電流。

使用鎵LMIS的典型系統能夠提供五至七個納米的橫向分辨率。這種系統廣泛地用于微米級至納米級尺度的材料特征形成和處理。鎵LMIS包括涂覆有鎵層的尖針。當電場被施加到液態鎵以從該源中提取離子時，該針保持在高溫下。

具有鎵LMIS的FIB系統例如能夠用于以高精度來成像、研磨、沉積和分析。研磨或顯微機加工包括移除該表面處或該表面附近的大量材料。研磨能夠在不具有蝕刻輔助氣體的情況下以動量傳遞加工（所謂的濺射）的方式被執行，或者在使用蝕刻輔助氣體的情況下以所謂的化學輔助離子束蝕刻的加工的方式被執行。轉讓給本發明的受讓人的美國專利No.?5,188,705描述了一種化學輔助離子束蝕刻加工。在化學輔助離子束蝕刻中，蝕刻增強氣體在存在離子束的情況下反應以與表面材料結合，從而形成不穩定的復合物。在FIB沉積中，前體氣體（例如，有機金屬復合物）在存在離子束的情況下分解，以將材料沉積到目標表面上。

在上文描述的全部加工中，束中鎵離子的功能在于提供能量，以用于通過濺射使得工件上的顆粒物理移位或者激活粘附到表面上的分子的化學反應。鎵自身通常并不參與該反應。鎵用于該束中，這是因為鎵的特性（例如，熔點、電離能量和質量）使其適于形成為與通常使用的工件材料相互作用的窄束。使用鎵LMIS具有以下缺點。鎵原子注入到工件中，并且在許多應用中產生了不想要的副作用，例如改變了工件的不透明性或電氣特性。鎵還在轟擊區域中破壞了晶體結構。同樣，為了產生十分窄的束，來自LMIS的束的電流必須保持相對較低，這意味著低的蝕刻速率以及更長的加工時間。

雖然期望對于不同的應用使用不同的離子種類，但是液態金屬離子源在其能夠產生的離子類型方面受到限制。僅能夠使用具有合適熔點、電離能量和質量的金屬種類，因而這限制了從LMIS中可用的離子種類。雖然還期望能夠對于不同的加工步驟快速地改變離子種類，但是改變LMIS的離子種類需要從真空腔中移除該源并且將其用不同的源替換，這必須經歷費時的準備過程。存在提供不止一種金屬的離子的液態金屬合金源。從這種源獲得的可用的離子類型局限于形成了具有合適特性的合金的金屬組合。一些液態金屬合金系統（例如，在Parker等人的名稱為“Method?for?Repairing?Semiconductor?Masks?&?Reticles”的美國專利No.?5,165,954中描述的那樣）結合這樣的濾質器使用，所述濾質器將不同種類的離子分離，使得撞擊目標物的束包括單個種類。

一些類型的濾質器，例如ExB濾質器或“Wien濾質器”，使用電場以及與該電場垂直的磁場，該電場和磁場使得選定質量和能量的離子通過濾質器，而具有其他質量或能量的離子被偏轉到屏障物中。ExB濾質器的偏轉取決于離子的能量，然而在束中始終具有一些能量變化，因此該濾質器在該系統中引入色差、使得束散開并且降低了束的分辨率。濾質器內的不均勻場也有助于束的像差。

等離子體離子源離子化等離子體腔中的氣體，并且提取離子以形成被聚焦在工件上的束。等離子體離子源（例如，在Coath和Long發表的“A?High-Brightness?Duoplasmatron?Ion?Source?Microprobe?Secondary?Ion?Mass?Spectroscopy,”?Rev.?Sci.?Instruments?66(2),?p.?1018?(1995)中描述的雙等離子體發射器等離子體離子源）已經被用作離子束系統的離子源，尤其用于質譜分析和離子注入的應用中。由于從等離子體腔提取的離子的能量分散，因此雙等離子體源的離子不能夠像來自LMIS的離子那樣聚焦到那么小的斑點上。雙等離子體發射器離子源例如用于在大面積上注入離子或用于飛行時間質譜分析。在飛行時間質譜分析中，主束中的離子使得來自表面的離子濺射，并且每個濺射離子的質量由濺射離子到達檢測器所需的時間來確定。為了獲得精確的測量，有必要精確地知道主束中的離子何時撞擊該表面。許多氣體種類包括具有稍微不同質量的多種同位素，并且由于主束中的不同同位素將在不同的時間到達樣本，因此濾質被用于分離同位素，使得單個同位素在精確知道的時間到達該樣本。