[发明专利]创建对称FIB沉积的方法和系统

说明书

本申请要求2014年6月24日提交的美国临时专利申请No.62/016,464的优先权，其通过引用被合并于此。

技术领域

本发明涉及带电粒子射束诱导沉积，并且更特别地涉及其中所述射束不正交于工件表面的沉积过程。

背景技术

监视诸如用于集成电路制作的光刻过程之类的纳米级过程是具有挑战的。为了制作集成电路，为诸如硅晶片之类的半导体衬底涂覆诸如光致抗蚀剂之类的材料，在所述半导体衬底上形成电路，所述材料在暴露于辐射时改变溶解度。放置在辐射源和半导体衬底之间的诸如掩膜或标线之类的光刻工具投下阴影来控制所述衬底的哪些区块被暴露于所述辐射。在曝光之后，从曝光区块或者未曝光区块移除所述光致抗蚀剂，在所述晶片上留下光致抗蚀剂的图案化层，该图案化层在后续的蚀刻或扩散过程期间保护所述晶片的一些部分。

在制造过程期间，曝光和聚焦中的变化需要持续地监视或测量由光刻过程显影的所述图案以确定所述图案的大小是否在可接受的范围内。这样的监视（常常称为过程控制）的重要性随着图案尺寸变得更小、尤其随着最小特征尺寸接近光刻过程可用的分辨率极限时明显提高。为了实现日益提高的器件密度，需要越来越小的特征尺寸。这可以包括互连线的宽度和间隔，接触孔的间隔和直径以及诸如各种特征的拐角和边缘之类的表面几何形态。所述晶片上的特征是三维结构并且完整的特性必须不仅描述诸如线或沟槽的顶宽之类的表面大小，还要描述特征的完整三维轮廓。过程工程师必须能够准确地测量这样的表面特征的关键大小（CD）以精细地调整所述制作过程并确保获得期望的器件几何形态。

典型地，CD测量使用诸如扫描电子显微镜（SEM）之类的仪器来进行。在扫描电子显微镜（SEM）中，主电子射束聚焦为细斑点，其扫描待观察的表面。二次电子在所述表面被主射束撞击后从该表面发出。检测所述二次电子，并形成图像，该图像每个点处的亮度由在所述射束撞击表面上的对应斑点时检测到的二次电子数量确定。然而，随着特征不断变得越来越小，出现了其中将被测量的特征对于由常规SEM提供的分辨率而言过小的点。

透射电子显微镜（TEM）允许观察者看到纳米级的极小的特征。相比于仅对材料表面成像的SEM，TEM还允许分析样本的内部结构。在TEM中，宽射束撞击所述样本，并且透过所述样本的电子被聚焦以形成所述样本的图像。所述样本必须足够薄以允许主射束中的许多电子行进穿过所述样本并在相对的位置上离开。还被称为薄片的样本典型地小于100nm厚。

在扫描透射电子显微镜（STEM）中，主电子射束聚焦为细斑点，并且该斑点跨样本表面进行扫描。透过所述样本的电子由样本远侧上的电子检测器收集，并且所述图像上每个点的强度对应于在所述主射束撞击所述表面上对应点时收集的电子数量。

因为为了用透射电子显微镜（无论是TEM还是STEM）进行查看，样本必须非常薄，所以样本的制备可能是精细的，费时的工作。本文所使用的术语“TEM”是指TEM或STEM，并且对制备用于TEM的样本的提及被理解为还包括制备用于在STEM上查看的样本。本文中使用的术语“S/TEM”还指TEM和STEM这两者。

可以使用聚焦离子射束（FIB）系统来形成用于在TEM上观察的薄片。制备薄片的一种过程在针对“PreparationofLamellaeforTEMViewing”的US专利公开号2013/319,849A1中进行了描述，该专利转让给了本发明的申请并通过引用被合并于此。FIB系统因其以高精度成像、蚀刻、研磨、沉积以及分析很小结构的能力而广泛用于显微镜级的制造操作。FIB系统产生精确的聚焦离子射束，该离子射束典型地以光栅方式跨样本表面进行扫描。在许多商用FIB系统中，带正电的镓离子（Ga+）被从液体金属离子源提取。在一些系统中，诸如氩或氙之类的其他离子种类被从等离子体离子源提取。被提取的离子通过一系列孔隙和静电透镜被加速、准直并聚焦到样本上。所述离子射束可以用于将材料从所述样本表面移除或将材料沉积到所述表面上。当用于移除材料时（常常称为蚀刻或研磨），通过溅射，即通过将来自到来的离子的动量传递给所述表面处的原子，所述聚焦离子射束中的离子从该表面物理地喷射原子或分子。

当用于利用FIB沉积材料时，诸如六羰基钨或苯乙烯气体之类的前驱气体通常经由在所述离子射束位置附近插入的细针而被引导至所述样本表面上。当所述离子射束撞击所述表面时，所述气体分解为挥发性的和非挥发性的成分。非挥发性的成分沉积到所述表面上，而挥发性的成分被抽走。