專利名稱：在表面用聚焦電子束誘導化學反應蝕刻表面材料的方法
技術領域：
本申請涉及在表面用聚焦電子束誘導化學反應蝕刻材料的方法。一般來說，本發(fā)明涉及聚焦電子束誘導化學反應和它們在材料處理的應用。具體地，本發(fā)明涉及使用電子束誘導蝕刻高空間分辨率地除去材料。本申請還涉及在納米級別上修復光掩模和改變集成電路和其它器件。
背景技術：
現(xiàn)已開發(fā)出能在納米級別上改變材料的多種直接寫入技術，大部分技術基于聚焦的粒子或光子束。應用在半導體工業(yè)中的這些技術的例子包括修復光掩模和改變集成電路。在大多數(shù)這些應用中，要求該技術能以亞微米精確度除去和填加材料。對于填加材料，需要沉積具有特定的化學和物理性質的幾種材料。對于除去材料，要求從材料的組合中選擇性地除去一種材料同時不損傷其余的材料。其它的要求包括可得到的定位精確度和工藝的最小特征尺寸，即分辨率。一部分這些要求將在下文中舉例說明用于光刻掩模修復，而光刻掩模修復為本申請的一個優(yōu)選應用。
為此，在半導體制造工藝中可以使用或者有可能使用光子束燒蝕、光子束誘導化學蝕刻、離子束濺射以及離子束輔助化學蝕刻來蝕刻光掩模使用的材料。
光刻掩模通常由如玻璃、石英等的透光基片組成，基片承載有100nm厚結構化的鉻金屬層。在掩模上，使用光吸收材料-吸收劑-，例如鉻，阻止光透過一些區(qū)域，以構圖某些區(qū)域。這些掩模用在半導體工業(yè)中將掩模上的圖形投影到晶片上，在晶片上覆蓋有如光致抗蝕劑的光敏物質。這些掩模具有至少兩種需要修復的缺陷。
1)在應該有吸收劑的區(qū)域中缺少吸收劑材料，-透明缺陷-以及2)在不應有吸收劑的區(qū)域中存在吸收劑材料，-不透明缺陷-目前，常用的掩模修復工具基于激光束或聚焦的離子束-FIB。這些工具能或者可以使用的化學和/或物理工藝為光子束燒蝕、光子束誘導化學蝕刻、離子束濺射、離子束輔助蝕刻、淀積以及蝕刻。
目前的技術是通過聚焦激光束除去如鉻的吸收劑材料。通常，使用高能量、短脈沖激光束。激光束和材料之間的相互作用可以是例如光熱或光化學。對于掩模修復，使用光子束燒蝕，用激光束局部加熱蒸發(fā)材料。也有可能使用激光誘導的化學反應修復掩模，其中激光束提供能量使材料和如氯的合適氣體之間反應，釋放出揮發(fā)性的產(chǎn)物。在本文中，參考了文章R.Haight，D.Hayden，P.Longo，T.Neary和A.Wagner“MARSFemtosecond laser mask advanced repair systemin manufacturing”，Japanese Vacuum Science Technology，17(6)，Nov./Dec.1999，3137到3143頁，和D.J.Ehrlich和J.Y.Tsao，J.Vac.Sci.Technol.B1(4)，Oct-Dec.1983。
然而，所有基于光子束的方法都由于Abbe衍射分辨率標準分辨率受局限，該標準表明可得到的分辨率為所使用的光波長的ca.0.5倍。
離子束濺射是可能具有10nm分辨率的有效工藝，但會產(chǎn)生一些應用不能允許的基片損傷。離子束輔助化學蝕刻也是具有約100nm的稍低分辨率的有效工藝，但也會產(chǎn)生一些應用不能允許的基片損傷。這兩種工藝也適用于蝕刻光掩模修復中的不透明缺陷。
隨著新一代芯片制造中對光掩模分辨要求的增加，以及采用額外的技術改變掩模圖形以得到如光學鄰近效應結構或相移掩模以及EUV多層掩模等需要的分辨率，目前的半導體工藝處于由于修復之后基片的分辨率不夠并且透光不足，因此激光燒蝕和淀積、離子束濺射以及化學輔助離子束蝕刻和濺射的認可方法不再適用的狀態(tài)。因此，需要采用非毀壞性的軟和清潔化學蝕刻方法用于光掩模和如EUV掩模的“新一代掩模”中的不透明缺陷，該方法不將金屬離子注入到基片內并且不混合下面的材料產(chǎn)生離子撞擊引入的結構損傷。
目前，聚焦電子束僅用于通過局部地填加吸收劑材料修復透明缺陷。這可以通過用電子束照射選定的局部區(qū)域，同時將前體氣體流傳送到區(qū)域實現(xiàn)。電子束然后分解如碳氫化合物、無機或有機金屬分子的前體氣體，在電子束掃描的區(qū)域中留下沉積物。除去材料更困難是由于電子不會象聚焦離子束那樣輸送足夠的動力排出，例如濺射基片原子。目前，已證實電子束蝕刻僅適用于幾種材料系，其中通過聚焦的電子束激活，引入化學反應，產(chǎn)生揮發(fā)性產(chǎn)物，由此除去材料。
雖然對電子束引入的蝕刻反應研究較少，但反應肯定是單純的基本(elementary)反應的復雜過程，涉及幾個步驟，例如吸收前體氣體分子-物理吸收和/或化學吸收-，前體分子或它們的碎片擴散進入基片內，這些前體分子和基片原子之間發(fā)生一個或多個反應并最終吸收反應產(chǎn)物。為了將蝕刻反應限制到已由聚焦電子束照射的區(qū)域并由此提供工藝的高空間分辨率，需要蝕刻工藝不是自發(fā)地進行，在蝕刻過程的至少一個步驟中需要由電子束照射誘導。電子束誘導蝕刻的一個例子是用XeF2除去二氧化硅-SiO2-，蝕刻僅發(fā)生在已同時暴露到電子束和XeF2分子的區(qū)域中。例如參見Ted Liang，A.Stivers，G.Liu，G.Dao，V.Liverman，M.Rothschild，S.T.Palmacci和L.Sipioni，“Damage-free Mask Repair Using Electron Beam InducedChemical Reactions”，2nd Int’l.symp.on 157nm Lithography，DanaPoint，CA(May 2001)。
在具有小于紫外線波長的結構的新型電路和掩模中，半導體工業(yè)的光掩模修復和電路編輯過程中材料蝕刻的很高分辨率和精確度要求使用新的技術修復這些結構。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目的是在表面用聚焦電子束誘導化學蝕刻蝕刻表面材料的方法，以克服以上所述不足之處，并提供一種高空間分辨率局部地除去材料的方法。
具體地本發(fā)明的一個目的是蝕刻多層材料同時不混合有時僅10nm厚的金屬層和絕緣層。
本發(fā)明的基本條件是組合聚焦的電子束、分子束和光子束產(chǎn)生高空間分辨率和化學反應需要的激活能，形成了可以除去的反應產(chǎn)物。由此所述反應僅發(fā)生在已照射并被所述電子束化學地或物理地改性的區(qū)域中。
根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟在真空氣氛中，通過至少一個分子束、至少一個光子束以及至少一個電子束照射要蝕刻的材料，由此以發(fā)生由所述材料和所述分子合成物預先決定的化學反應并形成反應產(chǎn)物的方式激活照射的材料和分子束的分子，并且從材料表面除去所述反應產(chǎn)物-照射和除去步驟。
具體地，要蝕刻的材料和分子束的氣體之間的化學反應過程含有至少一個由電子束照射選擇性誘導的基本(elemental)化學或物理反應。此外，反應過程中至少一個基本化學或物理反應由具有適當特定的能量和持續(xù)時間的所述光子束誘導或增強，以在所述照射和除去步驟中誘導所述化學反應并得到所述反應產(chǎn)物。
一方面，由所述光子束輸送的能量可以是光熱能，通過控制激光強度和波長限定的量，僅局部和臨時地升高了要蝕刻的材料表面溫度。
另一方面，由所述光子束輸送的能量可以引起光化學反應，由此將激光的波長調整為在材料中或由先前的電子束照射產(chǎn)生的中間化學物質(species)中產(chǎn)生共振電子激發(fā)的波長。
具體地，由光子束誘導的所述基本反應可以是通過所述脈沖和聚焦的光子束從表面蒸發(fā)反應產(chǎn)物，光子束將材料局部地加熱到反應產(chǎn)物的汽化溫度以上的溫度。
所述光子束由連續(xù)的激光源發(fā)出，例如波長從IR到可見-2000nm到250nm-的半導體二極管激光，或者波長為2000nm到157nm的脈沖激光系統(tǒng)，如受激準分子激光器或者離子激光。
具體地，在照射和除去步驟中，斑點直徑為0.1到1000nm的掃描聚焦電子束系統(tǒng)發(fā)出電子束，對于分子束的反應配對(partner)分子產(chǎn)生吸收位置的高密度分布。
在所述照射和除去步驟期間，由一種或多種氣體組成的所述分子束可以以化學計量組分從進氣系統(tǒng)流到材料表面。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，最初要清潔要蝕刻的材料表面-清潔步驟。
有利的是，通過化學反應除去覆蓋表面的污染物、氧化物或其它材料進行清潔步驟。一方面，當覆蓋表面層的材料由碳污染物形成時，由額外的分子束開始形成進一步反應產(chǎn)物的化學反應，額外的分子束包括水、過氧化氫(hydrogenperoxyde)、氯或其它鹵素化合物，它們釋放出氧和/或鹵素原子與表面層的碳反應。
額外地或備選地，通過用足夠能量密度的聚焦光子束加熱并隨后蒸發(fā)要清潔的區(qū)域表面，以將表面加熱到進一步反應產(chǎn)物的汽化溫度以上的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，分子束包括不同的前體氣體。
有利的是，由流速為0，1到10000單層/秒的多噴氣嘴系統(tǒng)形成進氣系統(tǒng)。
例如，由多噴氣嘴氣體送氣系統(tǒng)送出的至少一種前體氣體由分子組成，這些氣體分子不會自發(fā)地反應或者暴露到光子束時，可以由電子束照射激活。
此外，前體氣體可以含有鹵素，當在稱做分離電子附著的工藝中暴露到所述電子束時，釋放出所述鹵素。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，以限定輸送時間和各次照射之間延遲的同步和定時控制的方式，同時輸送或依次輸送所述分子束、所述光子束和所述電子束。
當依次輸送所述束時，重復照射的周期直到達到需要的蝕刻深度。通過根據(jù)需要的適時順序照射相鄰或其它像素在開始下一照射順序之前產(chǎn)生限定的時間滯后，或者對于限定的時間周期關閉電子束例如束消隱可以控制重復的循環(huán)時間。
此時，有以下可能性一方面，首先輸送限定劑量的所述分子束“A”，之后為所述電子束的照射，隨后為限定劑量的所述分子束“B”。
另一方面，首先輸送限定劑量的分子束“A”的所述束，之后為限定持續(xù)時間、強度和波長的所述光子束的脈沖，隨后為限定劑量的分子束“B”的所述束。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，要蝕刻的材料可以是鉻。分子束含有鹵素例如XeF2、Cl2、Br2或I2-鹵素束。此外，分子束可以含有氧，例如O2、H2O或H2O2-氧束-，除了鹵素束之外可以使用氧束。含鹵素和氧的束同時輸送?；蛘撸绻来屋斔?，那么所述分子束“A”為鹵素束，所述分子束“B”為氧束，或者所述分子束“A”為氧束，所述分子束“B”為鹵素束。
總而言之，本發(fā)明介紹了使用聚焦電子束限定要除去的區(qū)域高空間分辨率地除去材料的方法。通過基片材料和如鹵素的合適前體氣體之間的反應除去材料。反應產(chǎn)生從表面釋放出揮發(fā)性的化合物。聚焦電子束和激光束的組合產(chǎn)生了反應順序，從吸收前體分子開始并以釋放反應產(chǎn)物結束。在反應順序內，電子束誘導了一個或多個反應步驟，并提供了工藝的空間分辨率。激光束輸送不能僅由電子束激活的一個或多個反應步驟需要的激活能量。然而，激光束誘導的反應僅發(fā)生在已由電子束照射并“激活”或改變的區(qū)域中。


從下面參考附圖對實施例的說明中，本發(fā)明的其它優(yōu)點和特點將變得很顯然，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的掩模修復系統(tǒng)的示意圖；圖2為方法的主要步驟，即照射和除去步驟的示意圖，以及圖3為根據(jù)本發(fā)明電子、光子和分子的順序束的示意圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的掩模修復系統(tǒng)10的示意性裝配圖，具有已知的分子束輸送系統(tǒng)，在下文中稱做送氣系統(tǒng)12；已知的電子束系統(tǒng)14；已知的光子束系統(tǒng)，在下文中稱做激光束系統(tǒng)16；以及計算機控制系統(tǒng)18，用于適時地觸發(fā)操作并協(xié)作這些束-分子束、光子束以及電子束。
送氣系統(tǒng)12包括用于液體或固體前體-珀耳帖致冷的-的儲存器20；氣體前體的進料管22；壓縮空氣的進料管24；閥控制26、壓力計28以及用于儲存器20的溫度控制30。連接閥控制26、壓力計28以及溫度計借助CAN開式(open)總線連接到計算機控制系統(tǒng)18。
儲存器20借助具有噴嘴36的進料管22連接到噴嘴集流管38。噴嘴集流管38在每個噴嘴都有端閥40。噴嘴36與閥控制26相連，閥控制26用壓縮空氣操作進料管22和34中的閥。
電子束系統(tǒng)14包括電子束控制單元42。
激光束系統(tǒng)16包括激光電源44和激光單元46以及觸發(fā)單元72。激光單元與鏡子一起工作將激光束50偏轉到要修復的掩模52。此外，通過使用連接到真空室(未示出)內聚焦透鏡系統(tǒng)的光纖系統(tǒng)，激光束可以聚焦和指向掩模。
電子束控制單元42包括用于電流測量的法拉第箱54、二次電子檢測器56以及對應的控制單元68和70，以及束偏轉線圈76和束消隱。
提供環(huán)境室58，在其中進行下面將介紹的根據(jù)本發(fā)明的方法。這也可以通過使用電子束系統(tǒng)實現(xiàn)(類似)，能夠使用可變壓力或環(huán)境真空壓力控制系統(tǒng)在高壓下操作樣品室，由儀器制造商提供。這些系統(tǒng)也允許將樣品室中的壓力升高到15torr同時電子束的操作仍然有效。送氣系統(tǒng)12、電子束系統(tǒng)14以及激光束系統(tǒng)16在環(huán)境室58中工作。提供干涉計控制的機動臺59以定位掩模52。
計算機控制系統(tǒng)18包括控制掩模修復系統(tǒng)10的四個窗口，即多噴嘴窗口60、電子束窗口62、修復控制窗口64以及顯微鏡窗口66。此外，提供束控制計算機68以控制電子束單元42。因此，如本領域中已知的，電子束計算機單元60與用于測量電流的法拉第箱連接，束控制70與電子束單元42連接。
對于時間有關的控制，提供觸發(fā)器72，觸發(fā)器與束控制70和激光電源44相連。
此外，激光干涉計臺控制單元74與臺59和計算機控制系統(tǒng)相連。
下面介紹掩模修復系統(tǒng)10使用高分辨率掃描束的電子束系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用最亮和長期穩(wěn)定的電子源、熱場發(fā)射陰極。良好研制的電子光學系統(tǒng)允許電子束聚焦到2nm斑點直徑，具有100ev到40KeV或平均200KeV的能量。射束的交叉點中的電子分布很尖銳，是由于電子源和專門的束路徑的低透鏡偏差和低能量寬度，有時沒有交叉點(其中電子的庫倫相互作用展寬了束的能量寬度。理論上，電子束系統(tǒng)獲得了較好的性能，就分辨率和功率密度而言，比離子束或光子束系統(tǒng)每個多一個數(shù)量級。
電子束比離子束的功率密度高幾個數(shù)量級，然而，由于電子到工件原子的低動力傳遞，對于相同的行為，需要的電子數(shù)量比離子多得多。與離子相比，通常需要50到250倍的電子。這也是由慢離子的更高散射剖面產(chǎn)生，離子質量數(shù)的平方根比電子慢48倍，因此與原子的相互作用較好。除了庫倫相互作用，由于離子的核電荷因素，工藝中的碰撞較強。然而，離子碰撞產(chǎn)生工藝中集中碰撞的疊加，將離子的動力傳遞到樣品的深處，在該處損傷了材料。離子自身注入到靠近樣品表面的淺區(qū)中，并起雜質的作用，吸收深UV光子，特別是在157nm。
清潔和非毀壞性方法是吸收化學物質，激活吸收的化學物質與基片金屬反應形成固體、液體或氣體化合物，當為液體或固體反應產(chǎn)物時，用精細聚焦的高功率激光脈沖驅使這些分子離開表面，激光脈沖將表面加熱到化學化合物的升華或蒸發(fā)溫度以上的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的方法使用了具有DE 100 42 098 A1和WO 02/19575A1中介紹的高氣體流量開關能力的送氣系統(tǒng)12。這些文獻為與本發(fā)明相關聯(lián)的本申請的公開內容的一部分。這樣可以在工件表面淀積單層前體。類似于掃描電子顯微鏡或光刻系統(tǒng)的掃描電子束系統(tǒng)需要以限定的停留時間和電流密度構圖工件的表面。
附加的納米光刻的工藝介紹在以下文章中H.W.P.Koops，J.Kretz，M.Rodolph，M.Weber，G.Dahm，和K.Lee，“Characterization and application of materials grown by electronbeam induced deposition”，Jpn.J.Appl.Phys Vol.33(1994)7099-7107。該文章為與本發(fā)明相關聯(lián)的本申請的公開內容的一部分。
電子束會使可能的反應分子，例如鹵素，化學吸附到靶材料，或者在電子束誘導的激活下以其它方式改變化學組分，同時在沒有暴露到電子束的區(qū)域中沒有化學吸附或組分改變。
無論如何局部電子束照射的作用是照射的區(qū)域處于化學激活的狀態(tài)，當通過激光束、光熱或光化學激活選擇性地誘導時，這些區(qū)域將進一步反應引起靶材料的蝕刻工藝，參見圖2。為了提供激活能并防止沒有被激光束照射的區(qū)域中的自發(fā)反應，需要調整激光的波長和光強度，以選擇性地僅在電子束改型的區(qū)域中引起反應。在整個工藝期間或者電子束照射周期結束之后，可以應用激光。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個新穎特點是適時地結合脈沖激光光子束，在電子束誘導的反應發(fā)生之前或之后，接通光子束以促進吸收的化學物質于激片表面的化學反應。這種交替需要專門的觸發(fā)器和將光發(fā)射到樣品的激光脈沖。
在該“逐層蝕刻”方案中，電子束可以在區(qū)域上掃描或掃過(rastered)足夠長的時間以引起表面的一層或基層單層化學改型。然后短激光脈沖將選擇性地釋放改型層，例如通過加熱-在激光誘導的熱釋放的文獻中已公知-或者通過引起分子的電激發(fā)光化學地方式。然后重復電子束照射和激光脈沖的循環(huán)直到除去材料到需要的深度，參見圖3。
在本發(fā)明中使用的可能情況和行為列在表1中。在下文中使用蝕刻鉻作為一個例子說明本發(fā)明的觀點，鉻是光刻掩模上通常使用的吸收劑。然而，應該理解介紹的工藝包括性質和介紹的步驟順序以及使用的化學物質都是說明性的而不是將本發(fā)明的范圍限定到該特定的工藝。
開始蝕刻工藝之前，通過施加短激光脈加熱表面清潔鉻表面。備選活結合激光脈沖，可以使用如水蒸汽的合適氣體和電子束照射清潔表面除去有機污染物。
在蝕刻循環(huán)的第一步驟中，表面暴露到合適的前體氣體，例如僅有鹵素，或者氧氣和水蒸氣組合。如果需要多于一種氣體，例如Cl2和O2，那么可以精確控制的順序和持續(xù)時間同時或單獨地輸送這些氣體。
在第二步驟中，用電子束照射要除去的區(qū)域，引起吸收的前體氣體和鉻基片之間反應。此外，代替使用步驟1中輸送的鹵素元素，也可以使用如氟-或氯碳化合物。在稱做分離電子附著的工藝中電子束照射將這些化合物分解，由此釋放出鹵素。由于該工藝僅通過電子選擇性地誘導，那么僅在已被電子束照射的區(qū)域中的靶表面上吸收了釋放的鹵素。
在第三步驟中，通過用激光束加熱表面釋放出反應產(chǎn)物，例如非揮發(fā)性的氯化鉻酰(chromiumoxychloride)。對于一些腐蝕化學物質，在整個工藝期間可以采用激光以局部地將反應產(chǎn)物升高到釋放溫度以上的溫度。優(yōu)選在電子束照射周期結束時采用短激光脈沖。在該“逐層蝕刻”方案中，電子束可以在區(qū)域上掃描足夠長的時間以引起表面的一層或基層單層化學改型。然后短激光脈沖將選擇性地釋放改型層，例如通過加熱-在激光誘導的熱釋放的文獻中已公知-或者通過引起分子的電激發(fā)光化學地方式，這僅在改型層中存在。然后重復前體氣體吸收、電子束照射和激光脈沖的循環(huán)直到除去材料到需要的深度。
如果在腐蝕金屬而不是石英基片的過程中存在化學選擇性，那么可以化學地確定腐蝕端點。此時，一旦到達石英表面，那么材料的除去將停止。由腐蝕位置處改變的二次電子或反向散射的電子發(fā)射可以檢測該端點。此外，可以用以DC的質譜儀或鎖定方法監(jiān)測腐蝕工藝期間釋放的單層材料，是由于釋放和蒸發(fā)以限定好的時間間隔進行。通過光譜地評估由基片發(fā)出的光和通過電子和/或激光束誘導的發(fā)光產(chǎn)生的化學反應物質也可以檢測腐蝕工藝的終點。
表1示出了腐蝕過程的主要步驟

總而言之，本發(fā)明意在僅用電子束照射不足以誘導全部反應順序的情況下腐蝕材料。此時可以假設除了一個或多個由電子束照射激活的元素反應步驟之外，仍存在在室溫下不能以足夠的速率進行的一個或多個反應步驟。此時，優(yōu)選激光源中的光子束用于提供附加的激活能。光子和材料之間的相互作用可以是光熱，例如局部加熱基片，或者是光化學，例如光子束誘導共振電子躍遷以激活中間反應產(chǎn)物。
為保持聚焦電子束寫入提供的所需空間分辨率，需要通過電子束激活反應順序中的至少一個步驟。電子束照射的作用是照射的區(qū)域處于某些化學激活的狀態(tài)，當通過激光束選擇性地誘導時，這些區(qū)域將進一步改型引起靶材料的腐蝕工藝。為了在電子束沒有照射的區(qū)域中提供激活能并防止自發(fā)的反應，需要調節(jié)激光波長和光強度以便選擇性地僅在電子束改型的區(qū)域中引起反應。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，電子束和光子束照射以及一束或多束分子束拋光可以同時或以限定的照射時間和不同照射之間的延遲的控制順序進行，參見圖3。這種靈活性允許定制工藝滿足要腐蝕材料和前體化學物質的特殊需要。在腐蝕工藝中會涉及到的一些步驟列在以上提到的表1中。
標號列表10掩模修復系統(tǒng)12分子束系統(tǒng)/送氣系統(tǒng)14電子束系統(tǒng)16光子束系統(tǒng)/激光束系統(tǒng)18計算機控制系統(tǒng)20液體或固體前體儲存器22氣體前體的進料管24壓縮空氣的進料管26閥控制28壓力計30溫度控制32CAN開放總線34進料管36噴嘴38集流器噴嘴40端閥42電子束單元44激光電源46激光單元48鏡子50激光束52要修復的掩模54法拉第箱56二次電子檢測器58環(huán)境室
59干涉計控制的機動臺60多噴嘴窗口62電子束窗口64修復控制窗口66顯微鏡窗口68束控制計算機70束控制72觸發(fā)器74激光干涉計臺控制76電子束偏轉線圈和束消隱
權利要求
1.一種在表面用聚焦電子束誘導化學蝕刻蝕刻表面材料的方法，特征在于在真空氣氛中，通過至少一個分子束、至少一個光子束以及至少一個電子束照射要蝕刻的材料，由此以發(fā)生由所述材料和所述分子合成物預先決定的化學反應并形成反應產(chǎn)物的方式激活照射的材料和分子束的分子，并且從材料表面除去所述反應產(chǎn)物-照射和除去步驟。
2.根據(jù)權利要求1的方法，特征在于要蝕刻的材料和分子束的氣體之間的化學反應由電子束照射選擇性誘導的至少一個基本化學或物理反應組成。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，特征在于通過所述脈沖和聚焦的光子束從表面蒸發(fā)反應產(chǎn)物，光子束將材料局部地加熱到反應產(chǎn)物的汽化溫度以上的溫度。
4.根據(jù)以上任一項權利要求的方法，特征在于最初清潔要蝕刻的材料表面-清潔步驟。
5.根據(jù)權利要求4的方法，特征在于通過化學反應進行清潔步驟，以除去覆蓋表面層的污染物、氧化物或其它材料。
6.根據(jù)權利要求5的方法，特征在于當覆蓋表面層的材料由碳污染物形成時，由額外的分子束開始形成進一步反應產(chǎn)物的化學反應，額外的分子束包括水、過氧化氫、氯或其它鹵素化合物，它們釋放出激發(fā)的鹵素原子與表面層的碳反應。
7.根據(jù)權利要求4或6中任一項的方法，特征在于通過用足夠能量密度的聚焦光子束加熱并隨后蒸發(fā)要清潔的區(qū)域表面，以將表面加熱到進一步反應產(chǎn)物的汽化溫度以上的溫度實現(xiàn)清潔步驟。
8.根據(jù)以上任一項的方法，特征在于在照射和除去步驟中，掃描聚焦電子束系統(tǒng)發(fā)出斑點尺寸為0.1到1000nm的電子束，對于分子束的反應配對分子產(chǎn)生吸收位置的高密度分布。
9.根據(jù)以上任一項的方法，特征在于在所述照射和除去步驟期間，由按照化學計量成分選擇的化合物組成的所述分子束從進氣系統(tǒng)流到材料表面。
10.根據(jù)以上任一項的方法，特征在于由適當規(guī)定的能量和持續(xù)時間的所述光子束激活所述分子束的氣體，以在所述照射和除去步驟中誘導得到所述反應產(chǎn)物的所述化學反應。
11.根據(jù)以上任一項的方法，特征在于所述光子束由連續(xù)的激光源發(fā)出，如波長從IR到可見-2000nm到250nm-的半導體二極管激光器，或者波長為2000nm到157nm的脈沖激光系統(tǒng)，如受激準分子激光器或者離子激光器。
12.根據(jù)權利要求11的方法，特征在于由所述光子束輸送的能量可以是光熱能，通過激光強度和波長控制的限定量，局部和臨時地升高了要蝕刻的材料表面溫度。
13.根據(jù)權利要求11或12的方法，特征在于由所述光子束輸送的能量引起光化學反應，由此將激光的波長調整為在材料中或由先前的電子束照射產(chǎn)生的中間化學物質中產(chǎn)生共振電子激發(fā)的波長。
14.根據(jù)以上任一項的方法，特征在于分子束包括不同的前體氣體。
15.根據(jù)權利要求9和14的方法，特征在于由流速為0，1到10000單層/秒的多噴氣嘴系統(tǒng)形成進氣系統(tǒng)。
16.根據(jù)權利要求14或15的方法，特征在于除去步驟需要的、由多噴氣嘴氣體送氣系統(tǒng)送出的至少一種前體氣體由分子組成，這些氣體分子不會自發(fā)地或在暴露到所述光子束時發(fā)生反應，但可以由所述電子束激活。
17.根據(jù)權利要求16的方法，特征在于前體氣體含有鹵素，在稱做分離電子附著的工藝中暴露到所述電子束時，釋放出所述鹵素。
18.根據(jù)以上任一項的方法，特征在于同時輸送所述分子束、所述光子束和所述電子束。
19.根據(jù)以上任一項的方法，特征在于以限定輸送時間和各次照射之間延遲的同步和定時控制的方式，依次輸送所述分子束、所述光子束和所述電子束。
20.根據(jù)權利要求19的方法，特征在于重復照射循環(huán)直到直到達到需要的蝕刻深度。
21.根據(jù)權利要求19或20的方法，特征在于首先輸送限定劑量的所述分子束“A”，隨后為所述電子束的照射，隨后為限定劑量的所述分子束“B”。
22.根據(jù)權利要求19或20的方法，特征在于首先輸送限定劑量的所述分子束“A”，隨后為限定持續(xù)時間、強度和波長的所述光子束的脈沖，隨后為限定劑量的分子束“B”。
23.根據(jù)以上任一項的方法，特征在于要蝕刻的材料是鉻，所述分子束含有鹵素例如XeF2、Cl2、Br2或I2-鹵素束。
24.根據(jù)權利要求23的方法，特征在于分子束含有氧，例如O2、H2O或H2O2-氧束，除了鹵素束之外使用氧束。
25.根據(jù)權利要求24的方法，特征在于含鹵素和氧的束同時輸送。
26.根據(jù)權利要求21到24的方法，特征在于所述分子束“A”為鹵素束，所述分子束“B”為氧束，或者所述分子束“A”為氧束，所述分子束“B”為鹵素束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在表面用聚焦電子束誘導化學蝕刻蝕刻表面材料的方法，特征在于在真空氣氛中，通過至少一個分子束、至少一個光子束以及至少一個電子束照射要蝕刻的材料，由此以發(fā)生由所述材料和所述分子合成物預先決定的化學反應并形成反應產(chǎn)物的方式激活照射材料和所述分子束的分子，并且從材料表面除去所述反應產(chǎn)物－照射和除去步驟。
文檔編號G03F1/00GK1479175SQ0313116
公開日2004年3月3日 申請日期2003年5月16日 優(yōu)先權日2002年5月16日
發(fā)明者漢斯·W·P·庫普斯, 克勞斯·艾丁格, 艾丁格, 漢斯 W P 庫普斯 申請人:納沃泰克有限公司, 馬里蘭大學技術商品化部