[發(fā)明專利]電子束感應(yīng)蝕刻

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410376713.8
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104241067B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·馬丁;M·托思
• 申請（專利權(quán)）人: FEI公司
• 主分類號: H01J37/30
• 分類號: H01J37/30;H01J37/305
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張濤;陳嵐

公開了一種電子束感應(yīng)蝕刻。束感應(yīng)蝕刻使用維持在接近前體材料的沸點(diǎn)的溫度處的工件，但是該溫度足夠高以脫附反應(yīng)副產(chǎn)物。在一個(gè)實(shí)施例中，NF₃被用作用于在低于室溫的溫度下進(jìn)行硅的電子束感應(yīng)蝕刻的前體氣體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及帶電粒子束工藝，并且特別地涉及束感應(yīng)化學(xué)工藝。

背景技術(shù)

“束化學(xué)”提及由諸如帶電粒子束或激光束的束引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)。“電子束化學(xué)”包括電子束感應(yīng)沉積(EBID)和電子束感應(yīng)蝕刻(EBIE)并且典型地被執(zhí)行在掃描電子顯微鏡(SEM)中。在這兩個(gè)電子束工藝中，前體氣體的分子被吸附在工件表面上。電子束被定向在工件上，并且該電子離解吸附物，生成反應(yīng)產(chǎn)物。在EBID中，非揮發(fā)性的反應(yīng)產(chǎn)物殘留在襯底表面上作為沉積物，而揮發(fā)性的反應(yīng)產(chǎn)物脫附。在EBIE中，一個(gè)或更多個(gè)前體分子分解產(chǎn)物與工件表面反應(yīng)，生成從工件脫附的揮發(fā)性的反應(yīng)產(chǎn)物，移除表面材料。類似的工藝發(fā)生在離子束感應(yīng)沉積(IBID)和離子束感應(yīng)蝕刻(IBIE)中，盡管在沒有任何化學(xué)反應(yīng)的情況下，由于濺射即由于來自高能離子的動(dòng)量傳遞，離子的更大得多的質(zhì)量也引起材料從襯底上移除。離子束與吸附物作用的機(jī)制被認(rèn)為不同于電子束與吸附物反應(yīng)的機(jī)制。

要作為前體氣體而有用，分子需要具有非常特殊的性質(zhì)：它們需要粘住表面足夠的時(shí)間以被離解，但是一定不能形成將表面與束屏蔽的厚層，并且在沒有束時(shí)，它們不應(yīng)當(dāng)自發(fā)地與工件表面材料反應(yīng)。在蝕刻的情況下，前體離解產(chǎn)物應(yīng)當(dāng)形成具有襯底材料的揮發(fā)性的組合物，并且在沉積的情況下，在存在束時(shí)前體應(yīng)當(dāng)分解以沉積想要的材料。其它的反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)當(dāng)是揮發(fā)性的以使得它們不殘留在表面上并且可以通過真空泵從系統(tǒng)移除。

由帶電粒子束驅(qū)動(dòng)的束化學(xué)典型地在真空室中執(zhí)行，使用具有毛細(xì)針的氣體注入系統(tǒng)，該毛細(xì)針將氣體導(dǎo)向束的撞擊點(diǎn)。氣體迅速膨脹并且當(dāng)表面處的本地氣體壓強(qiáng)足以支撐束感應(yīng)反應(yīng)時(shí)，樣品室其余處的壓強(qiáng)足夠低從而二次電子可以使用常規(guī)的檢測器(諸如通常提及為Everhart-Thornley檢測器的閃爍器光電倍增管組合)而被檢測到。

還可在淹沒有前體氣體(此情況下通過壓強(qiáng)限制孔將大多數(shù)束路徑與氣體環(huán)境分離開)的環(huán)境中關(guān)于工件執(zhí)行電子束化學(xué)。因?yàn)樵摎怏w壓強(qiáng)不準(zhǔn)許常規(guī)的二次電子檢測用于成像，可以使用其中來自樣品的二次電子被加速并且離子化氣體分子的氣體級聯(lián)放大來執(zhí)行成像。利用極大地放大初始的二次電子信號的級聯(lián)，來自該離子化的氣體分子的電子被加速并離子化其它氣體分子。其中樣品被維持在氣體環(huán)境中的系統(tǒng)被典型地稱為環(huán)境掃描電子顯微鏡或高壓掃描電子顯微鏡(HPSEM)。不容易離子化的氣體對于使用氣體級聯(lián)放大形成圖像而言是無用的。易受介電分解影響的氣體對于使用氣體級聯(lián)放大形成圖像也是無用的。

XeF₂是至今最通常使用的用于束感應(yīng)蝕刻的前體氣體。然而，XeF₂具有某些不想要的效應(yīng)。XeF₂自發(fā)地蝕刻包括硅和TaN的許多材料。XeF₂不是最佳的HPSEM成像介質(zhì)因?yàn)樵贓BIE工藝期間其提供差的電荷穩(wěn)定性和差的圖像質(zhì)量。XeF₂是高度腐蝕性和有毒的。XeF₂不能與用于殘留碳移除和表面種類控制的許多通用氣體混合。而且，大量的XeF₂在某些被不同地泵浦地電子束系統(tǒng)中引起不穩(wěn)定性，因?yàn)殡牟畹碾x子吸氣劑泵浦。

電子束還可用在電子束平版印刷中。隨著束以圖案進(jìn)行掃描電子束暴露光抗蝕劑。取決于抗蝕劑的性質(zhì)，然后將暴露區(qū)域或是非暴露區(qū)域移除，留下圖案化的光抗蝕劑層。冰可用作圖案化材料，此情況下電子束引起冰在暴露區(qū)域升華，如例如，在King等，“Nanometer Patterning with Ice”，NANO Letters，Vol.5，No.6，pp.1157-60.(2005)中描述那樣。冰被移除的區(qū)域可經(jīng)受受進(jìn)一步工藝，諸如擴(kuò)散或金屬化，而其它表面區(qū)域由冰層保護(hù)。