[發明專利]向射束加工系統內的工件提供一種或多種氣體的方法和設備

有效

• 申請號: 201310089789.8
• 申請日: 2013-03-20
• 公開（公告）號: CN103325651B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: J.拉斯穆森;K.C.馬利納克
• 申請（專利權）人: FEI公司
• 主分類號: H01J37/30
• 分類號: H01J37/30;H01J37/32;H01J37/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 姜云霞,傅永霄

技術領域

本發明涉及用于為射束加工系統、離子束或電子束系統提供氣體的系統。

背景技術

射束系統例如電子束系統、離子束系統、激光束系統、團粒束系統和中性粒子束系統被用于通過蝕刻或沉積來構建表面上的特征。射束引發的沉積過程利用在有射束參與的情況下起反應的前驅氣體將材料沉積在射束撞擊區域內的表面上。例如，氣態有機金屬化合物譬如六羰基鎢被送到樣品附近并且被吸附到表面上。有機金屬化合物在有帶電粒子束例如離子束或電子束參與的情況下分解以形成保留在表面上的金屬和通過真空泵移除的揮發性有機化合物。蝕刻過程利用前驅氣體與工件的表面起反應來形成揮發性化合物。例如，碘可以被用于蝕刻硅晶圓。碘在有射束參與的情況下起反應以形成揮發性的硅碘化合物，該硅碘化合物離開樣品表面并通過真空泵移除。

前驅氣體由“氣體噴射系統”或者叫“GIS”引入真空中。氣體噴射系統通常包括氣體源和位于樣品附近并將氣體引向工件的氣體引導裝置例如閥針或排氣管。在室溫下從固體或液體材料中生成的前驅氣體通常由真空室內的坩堝提供。氣流通過加熱固體或液體以增加其蒸汽壓而生成，促使氣體流過氣體引導裝置并流入真空室內。例如，六羰基鎢在室溫下是固體并且通常被加熱至約55℃或60℃以提升其蒸汽壓從而導致適當地氣流進入真空室內。

例如在授予Jorgen Rasmussen的名稱為“Gas Injection System”的美國專利US5435850中介紹了一種現有技術中的系統。Rasmussen給出的氣體噴射系統包括坩堝，其中存放有固體或液體原料。坩堝位于真空室內。坩堝被加熱以增加原料的蒸汽壓，然后來自原料的氣體就相應地流動至樣品。氣體流量通過提供給坩堝的熱量以及通過在設置在閥內的柱塞控制閥的開度大小來進行調節。有限的坩堝容量在很多應用中都要求頻繁地重新裝填坩堝。這樣的系統在每一次重新裝填之后都需要重新校準以使閥針指向帶電粒子束的沖擊點。

在授予Casella的名稱為“Gas Delivery Systems for Particle Beam Processing”的美國專利US5851413中介紹了另一種類型的氣體噴射系統。在Casella的系統中，前驅體被存放在真空室以外并通過管路流入樣品附近的氣體濃縮器中。在真空室以外存放前驅氣體的系統通常都包括閥例如步進電機控制的隔膜閥以控制氣體流量。

公開號為US2009/0223451的美國專利申請介紹了一種用于向射束儀器輸送前驅氣體的系統。系統使用載氣以稀釋前驅氣體并通過單條主線將前驅氣體從一個或多個坩堝送至閥針和送入樣品真空室內。通過控制氣動閥的工作周期來部分地控制載氣和來自每一個坩堝的氣體的流量。每一個坩堝和主線都有一部分位于開向樣品真空室的氣膜以內。使用單條主線會在坩堝閥被關閉時將前驅氣體留在主線內，由此需要對主線實施耗時且浪費前驅氣體的吹掃過程。

由Chandler等人提交的名稱為“Gas Delivery for Beam Processing Systems”的公開號為US2011/0114665A1的美國專利申請提出了管理樣品室壓力的問題，這是推進發明的限制因素。在Chandler的輸送系統中，來自多個氣體源的氣體流量通過用循環閥控制來自每一個氣體源的流量而進行控制，其中樣品室內的氣壓由打開閥的相對時間和閥的上游壓力確定。位于真空室內的氣體閥允許在切斷氣體時快速響應。氣體流量調節的這種方法被稱為脈寬調節(PWM)。

所有這些系統都要消耗時間以設定通過閥針并送入樣品室內的準確流量。在調節氣體流量時，真空室內的樣品和其他組分就會被暴露給流量不準確的輸入氣體。而且，因為氣體分子可能會附著至氣體噴射系統內的表面，所以先要消耗一定的時間以使先前使用的氣體已不再存在于氣流內，然后才能引入新氣體。

隨著對氣體輔助射束加工的需求增加以及需要用這些加工來制造更加精細的結構，申請人已經發現這種控制的缺乏能夠不利地影響到加工結果。控制氣體流量在使用多種氣體的敏感工藝例如在由Randolph等人申請的名稱為“High Selectivity, Low Damage Electron-Beam Delineation Etch”的公開號為US2010/0197142的美國專利申請介紹的工藝中顯得特別重要。

發明內容

本發明的目標是改進氣體噴射系統中的過程控制。