[发明专利]电子束感应蚀刻

说明书

公开了一种电子束感应蚀刻。束感应蚀刻使用维持在接近前体材料的沸点的温度处的工件，但是该温度足够高以脱附反应副产物。在一个实施例中，NF₃被用作用于在低于室温的温度下进行硅的电子束感应蚀刻的前体气体。

技术领域

本发明涉及带电粒子束工艺，并且特别地涉及束感应化学工艺。

背景技术

“束化学”提及由诸如带电粒子束或激光束的束引发的化学反应。“电子束化学”包括电子束感应沉积(EBID)和电子束感应蚀刻(EBIE)并且典型地被执行在扫描电子显微镜(SEM)中。在这两个电子束工艺中，前体气体的分子被吸附在工件表面上。电子束被定向在工件上，并且该电子离解吸附物，生成反应产物。在EBID中，非挥发性的反应产物残留在衬底表面上作为沉积物，而挥发性的反应产物脱附。在EBIE中，一个或更多个前体分子分解产物与工件表面反应，生成从工件脱附的挥发性的反应产物，移除表面材料。类似的工艺发生在离子束感应沉积(IBID)和离子束感应蚀刻(IBIE)中，尽管在没有任何化学反应的情况下，由于溅射即由于来自高能离子的动量传递，离子的更大得多的质量也引起材料从衬底上移除。离子束与吸附物作用的机制被认为不同于电子束与吸附物反应的机制。

要作为前体气体而有用，分子需要具有非常特殊的性质：它们需要粘住表面足够的时间以被离解，但是一定不能形成将表面与束屏蔽的厚层，并且在没有束时，它们不应当自发地与工件表面材料反应。在蚀刻的情况下，前体离解产物应当形成具有衬底材料的挥发性的组合物，并且在沉积的情况下，在存在束时前体应当分解以沉积想要的材料。其它的反应产物应当是挥发性的以使得它们不残留在表面上并且可以通过真空泵从系统移除。

由带电粒子束驱动的束化学典型地在真空室中执行，使用具有毛细针的气体注入系统，该毛细针将气体导向束的撞击点。气体迅速膨胀并且当表面处的本地气体压强足以支撑束感应反应时，样品室其余处的压强足够低从而二次电子可以使用常规的检测器(诸如通常提及为Everhart-Thornley检测器的闪烁器光电倍增管组合)而被检测到。

还可在淹没有前体气体(此情况下通过压强限制孔将大多数束路径与气体环境分离开)的环境中关于工件执行电子束化学。因为该气体压强不准许常规的二次电子检测用于成像，可以使用其中来自样品的二次电子被加速并且离子化气体分子的气体级联放大来执行成像。利用极大地放大初始的二次电子信号的级联，来自该离子化的气体分子的电子被加速并离子化其它气体分子。其中样品被维持在气体环境中的系统被典型地称为环境扫描电子显微镜或高压扫描电子显微镜(HPSEM)。不容易离子化的气体对于使用气体级联放大形成图像而言是无用的。易受介电分解影响的气体对于使用气体级联放大形成图像也是无用的。

XeF₂是至今最通常使用的用于束感应蚀刻的前体气体。然而，XeF₂具有某些不想要的效应。XeF₂自发地蚀刻包括硅和TaN的许多材料。XeF₂不是最佳的HPSEM成像介质因为在EBIE工艺期间其提供差的电荷稳定性和差的图像质量。XeF₂是高度腐蚀性和有毒的。XeF₂不能与用于残留碳移除和表面种类控制的许多通用气体混合。而且，大量的XeF₂在某些被不同地泵浦地电子束系统中引起不稳定性，因为氙的差的离子吸气剂泵浦。

电子束还可用在电子束平版印刷中。随着束以图案进行扫描电子束暴露光抗蚀剂。取决于抗蚀剂的性质，然后将暴露区域或是非暴露区域移除，留下图案化的光抗蚀剂层。冰可用作图案化材料，此情况下电子束引起冰在暴露区域升华，如例如，在King等，“Nanometer Patterning with Ice”，NANO Letters，Vol.5，No.6，pp.1157-60.(2005)中描述那样。冰被移除的区域可经受受进一步工艺，诸如扩散或金属化，而其它表面区域由冰层保护。