带电粒子束和激光束被一起用于对基底进行微加工。第一射束改变工件的区域的状态，并且第二射束去除状态被改变的材料。在一个实施例中，离子束可以产生光子吸收缺陷以降低局部烧蚀阈值，从而允许激光束去除由离子束限定的区域中的材料。激光束和带电粒子束的组合允许以由于由激光束提供的增加的能量而比带电粒子处理更大的铣削速率产生在尺寸上与带电粒子束斑点尺寸相似的特征。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及激光微加工。
技术介绍
将从基底去除材料以形成微观的或纳米观的结构称为微加工。去除材料也称为铣 削或蚀刻。激光束和带电粒子束被用于微加工。在各种应用中它们均具有优点和局限性。激光系统将几种不同的机制用于微加工。在某些工艺中，使用激光来向基底供热 以引发化学反应。该反应仅在激光器供热的区域中发生，但是热量趋向于扩散至比激光束 斑点更大的区域，从而限制该工艺的分辨率。在激光微加工中使用的另一机制是光化学蚀 刻，其中，激光能量被基底的各个原子吸收，从而这些原子被激发至它们能够进行化学反应 的状态。光化学蚀刻局限于光化学活性的材料。在激光加工中使用的另一机制是激光烧 蚀，其中，在未将基底加热的情况下，被快速地供应给小体积的能量促使原子被驱逐出基 底° 例如在为“Method for controlling configuration of laser induced breakdown and ablation"授权给Mourou的U. S. Re. 37，585中描述了使用快脉冲飞秒激光器的激光 烧蚀。飞秒激光烧蚀克服了上述工艺的某些限制。带电粒子束包括离子束和电子束。聚焦射束中的离子通常具有足以通过从表面物 理地喷射材料来进行微加工的动量。由于电子比离子轻得多，所以电子束通常局限于通过 用蚀刻剂引发化学反应来去除材料。通常由液态金属离子源或由等离子体离子源来产生离 子束。带电粒子束的斑点尺寸取决于许多因素，包括粒子的类型和射束中的电流。通常可 以将具有低电流的射束聚焦成较小的斑点，并因此产生比具有高电流的射束更小的结构， 但是低电流射束与高电流射束相比花费更长的时间对结构进行微加工。激光通常能够以比带电粒子束高得多的速率向基底供应能量，并且因此，激光通 常具有比带电粒子束高得多的材料去除速率。然而，激光的波长比带电粒子束中的带电粒 子的波长长得多。由于射束可以被聚焦成的尺寸受到波长的限制，所以激光束的最小斑点 尺寸通常大于带电粒子束的最小斑点尺寸。A. P. Joglekar等人在!Proceedings of the National Academy of Science(国家科学院学报)第 101 卷No. 16 第 5856 5861 页(2004) 的"Optics at Critical Intensity: Applications to Nanomorphing，，(Joglekar 等人) 中表明，能够使用比接近用于离子化的临界强度的约10皮秒更短的激光脉冲来实现小于 波长的特征。由Joglekar等人可实现的特征尺寸对于许多纳米技术应用而言仍不是足够 小的。虽然带电粒子束通常具有比激光束更大的分辨率并能够对极小的结构进行微加 工，但射束电流受到限制且微加工操作可能慢到不可接受的程度。另一方面，激光微加工可 以更快，但分辨率固有地受到较长波长的限制。同时利用激光的较快微加工能力和带电粒子束的较高精度这两者的一种方式是 依次地处理样本。例如 M. Paniccia 等人在 Microelectronic Engineering 46 (27 34 页，1999)白勺"Novel Optical Probing and Micromachining Techniques for Silicon Debug of Flip Chip Packaged Microprocessors" (“Paniccia 等人”)中描述了依次处 理。Paniccia等人描述了一种用于使用激光引发的化学蚀刻来接近半导体倒装芯片的 有源部分以去除大块的材料并随后使用带电粒子束进行最后的更精确的微加工的已知技 术。依次处理存在的问题是确定要何时停止更快、不那么精确的激光微加工并开始更精确 的带电粒子束处理。如果激光处理过快地停止，则将剩余过多的材料供带电粒子束进行 去除。如果激光处理太晚停止，则工件将受到损坏。将确定何时停止处理称为“终点确定 (endpointing)，，。用于确定带电粒子束处理中的终点的技术是已知的，并且例如在授予Ray等人的 美国专利公开2005/0173631中有所描述。此类技术包括例如向底层电路施加变化的电压 以在底层电路被暴露或几乎被暴露时改变二次粒子发射。通过观察二次粒子发射，操作员 可以确定诸如掩埋导线的特征何时被揭露。其它带电粒子束终点确定过程包括例如检测由 射束注入的带电粒子所引起的晶体管漏电流。通常不是在真空室中执行激光处理，并且因 此不能收集二次电子和离子。在离子束处理中，还已知的是检测从基底发射的指定频率的光子以确定受到离子 束撞击的材料何时改变。在例如为"Focused Ion Beam Imaging and Process Control" 授予Ward等人的美国专利No. 4，874，947中描述了此类过程，该专利被转让给了本申请的 受让人。虽然Ward等人描述了用于离子束系统中的终点确定的光子检测，但这种技术未被 广泛使用，因为低光子信号难以收集。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过提供带电粒子处理和激光加工两者的优点来改进微加工。将带电粒子束和激光束两者同时或依次地施加到工件，以使得工件被一个射束改 变，从而增进另一射束的处理。在一个优选实施例中，带电粒子束被施加于工件以产生充当 用于光子的吸收中心的缺陷，从而随后在缺陷点处烧蚀阈值局部地降低。实施例与常规的 带电粒子束或激光加工相比提供了速度处理，并且与常规的激光处理相比能够制造更小的 特征。前述内容已相当广泛地概述了本专利技术的特征和技术优点，以便可以更好地理解随 后的本专利技术的详细说明。下面将描述本专利技术的附加特征和优点。本领域的技术人员应认识 到，可以容易地利用所公开的概念和特定实施例作为用于修改或设计实现本专利技术的相同目 的的其它结构的基础。本领域的技术人员还应认识到的是，这样的等效构造并不脱离如随 附权利要求中所阐述的本专利技术的精神和范围。附图说明为了更透彻地理解本专利技术及其优点，现在对结合附图进行的以下描述进行参考， 在附图中图1示出用于使用来自样本的发射来确定用于激光处理的终点的本专利技术的实施例。图2示出用于使用从样本发射的光子来确定用于激光处理的终点的本专利技术的实 施例。图3示出使用从样本发射的电子来确定用于激光处理的终点的本专利技术的实施例。图4是示出用于确定用于激光处理的终点的依照本专利技术的实施例的优选步骤的 流程图。图5示出缺陷对烧蚀阈值的影响以及带电粒子束和激光束的相对尺寸。图6示出用于向样本施加激光束和带电粒子束的优选系统。图7是示出其中向样本施加两个射束的本专利技术的实施例的优选步骤的流程图。图8示出减少来自二次粒子的对诸如激光透镜的部件的损坏的实施例。具体实施例方式本专利技术的各种实施例采用各种手段来加强激光处理。实施例通常用来对也称为样 本的工件进行微加工，这通常需要在工件上产生或修改结构。该结构通常是微小的，其在本 文中用来包括纳米观的结构或小于几十微米的任何结构。本专利技术的实施例可以使用现在存 在或即将开发的供应足够能流的任何类型的激光器。优选的激光器提供短(亦即纳秒至飞 秒)脉冲激光束。适当的激光器包括例如Ti = Sapphire (钛兰宝石)振荡器、基于光纤的激 光器、或者掺镱本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种在样本上产生或修改结构的方法，包括：将离子束引导朝向工件的第一区域，带电粒子在工件的晶体结构中引起光子吸收缺陷，所述光子吸收缺陷降低工件材料的烧蚀阈值；以及将激光束引导朝向工件，激光光子被由离子束产生的缺陷吸收以烧蚀由离子束处理的工件上的材料。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：M斯特劳，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：US
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