创建对称fib沉积的方法和系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 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
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 典型地，⑶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。
[0006] 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IOOnm 厚。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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"Preparation of Lamellae for TEM Viewing"的US专利公开号 2013/319,849 Al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。
[0010] 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。
[0011] 因为FIB研磨可以导致对小的结构的严重损害，所以工件表面在研磨开始之前常 常涂覆有钨或碳的保护层。所述保护层可以使用离子射束诱导沉积来沉积。为了减少薄片 上干扰TEM成像的矫作物（artifact)，所述保护层应当是对称的。
[0012] 如本文中所使用的，术语"入射的角度"或"入射角"是指所述射束轴相对于所述 射束被引导到的表面的法向的倾角。即垂直于表面的射束的入射角是零。在一些系统中， FIB镜筒轴以小角度取向，例如从法向到样本表面的+/-3度。这样的系统可以应用相对对 称的沉积。其他FIB使用处于到所述样本表面45度的取向的FIB镜筒轴。申请人已发现 当所述离子射束取向为不垂直于所述工件表面时，所述沉积倾向于不对称。
[0013] 所述保护层的SEM沉积可以用于保护敏感的表面不遭受FIB损害，但是这可能导 致薄片放置问题，除非在感兴趣的特征已被SEM沉积覆盖之后可识别的标记对于FIB可见。
[0014] 申请人调查、研究并发现了一种方法，该方法使用特定操作条件改进了 FIB诱导 沉积，所述特定操作条件使用非正交射束产生了对称生长，该技术对于在薄片形成期间沉 积保护层或帽特别有用。
【发明内容】
[0015] 因此，本发明的目的是在使用以非法向角度入射至工件表面的带电粒子射束时提 供对称的带电粒子射束诱导沉积。
[0016] 本发明提供用于用不正交于所述工件表面的入射射束产生对称的射束诱导沉积 的方法和设备。在一个实施例中，作为形成薄片的过程的一部分，所述系统和方法可以用于 形成保护层，所述薄片用于在透射电子显微镜上查看。设置包括例如射束能量和扫描方向 的一组操作参数，以提供所述对称沉积。
[0017] 根据一些实施例，FIB镜筒以例如对于所述样本表面45度的非正交角度取向，并 且设置所述沉积参数使得所述FIB沉积材料对称。
[0018] 为了可以更好地理解后文本发明的详细描述，前文已经非常宽泛地概述了本发明 的特征和技术优势。后面将描述本发明的附加特征和优势。本领域技术人员应当理解，所 公开的概念和特定实施例可以容易地用作修改或设计用于完成本发明相同目的的其他结 构的基础。本领域技术人员还应当认识到这样的等同的构造不背离所附权利要求中阐述的 本发明的精神和范围。
【附图说明】
[0019] 为了更全面地理解本发明及其优势，现在参考结合了附图做出的下面的描述，附 图中： 图1示出了现有技术系统，其示出了带电粒子设备，其中SEM以对于工件表面45度角 取向。
[0020] 图2示出具有正交于工件表面的FIB镜筒的现有技术系统。
[0021] 图3示出具有以对于工件表面45度取向的SEM镜筒和FIB镜筒的系统。
[0022] 图4示出由以对于沉积物非正交入射角和横向取向入射的射束产生的非对称沉 积的图像。
[0023] 图5示出由以对于沉积物非正交入射角和平行取向入射的射束产生的粗非对称 沉积的图像。
[0024] 图6示出使用四个不同射束入射角产生的四个射束诱导碳线沉积物，所述射束具 有对于所述沉积物平行的取向。
[0025] 图7示意性地示出大入射角的射束诱导沉积的效果，该射束具有对于所述沉积物 平行的取向。
[0026] 图8示出使用处于非