基于气体团簇离子束技术的中性射束处理方法以及由此产生的物品技术

一种使用具有碳原子的加速中性射束形成位于基板表面上的带图案的硬掩膜的方法。本发明专利技术的前述目的以及进一步的和其他的目的和优势通过下述本发明专利技术的各个实施例实现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于低能量的、中性射束处理的方法和设备，更具体地，涉及用于从加速气体团簇离子束中提取加速中性单体和/或中性气体团簇射束的高射束纯度方法和系统，该加速气体团簇离子束用于处理制造集成电路所使用的基板。
技术介绍
在过去的十年中，气体团簇离子束(gas cluster ion beam，GCIB)已成为众所周知的，并且被广泛用于各种表面和次表面的处理应用中。由于气体团簇离子典型地具有大质量，即使在被加速至实质上具有能量时，它们仍趋向以相对低的速度(与常规离子相比)行进。这种低速度，与团簇固有的弱粘合能力相结合，产生独特的表面处理能力，与常规离子束和扩散等离子体相比，这种独特的表面处理能力导致减少的表面渗透和减少的表面缺陷。气体团簇离子束已被用来使表面光滑、蚀刻、清洁、在表面上形成沉积、在表面上生长薄膜或以其他方式改变各种各样的表面，包括例如金属、半导体及介电材料。在涉及半导体和半导体相关材料的应用中，GCIB已被用来清洁、使光滑、蚀刻、沉积和/或生长包括氧化物以及其他的薄膜。GCIB还被用于引入掺杂和晶格应变(lattice-straining)的原子种类、引入非晶(amorphizing)表面层的材料，以及改进掺杂剂在半导体材料中的溶解度。在许多情况下，这种GCIB的应用已经能够提供优于使用其他传统离子、离子束和等离子体的技术的结果。半导体材料包括广泛的材料范围，这些材料的电性能会受掺杂材料的引入的控制，半导体材料包括(但不限于)硅、锗、金刚石、碳化硅，还有包括III-IV组元素及II-VI组元素的复合材料。由于采用氩气(Ar)作为源气体形成GCIB的便利，以及由于氩气的惰性特性，已经开发了许多使用氩气体GCIB处理可植入医疗装置表面的应用，所述可植入医疗装置例如是冠状动脉支架、整形外科假体和其他可植入医疗装置。在半导体应用中，各种源气体和源气体混合物被用来形成含电杂质和晶格应变种类的GCIB，该GCIB用于反应蚀刻、物理蚀刻、薄膜沉积、薄膜生长及其他有用的处理。许多引入GCIB以处理宽范围的表面类型的系统是公知的。例如，授予柯克帕特里克(Kirkpatrick)等人的6,676,989 CI号美国专利文件教示了一种GCBI处理系统，该系统具有适合处理管状或圆柱状工件——如血管支架——的工件保持器和操纵器。在另一个例子中，授予柯克帕特里克(Kirkpatrick)等人的6,491,800B2号美国专利文件教示了一种GCIB处理系统，该系统具有用于处理其他类型的非平面的医疗装置——包括例如髋关节假体——的工件保持器和操纵器。进一步的例子，授予利比(Libby)等人的6,486,478 BL号美国专利文件教示了一种用于处理半导体晶片的自动化基板装/卸系统。授予豪托拉(Hautala)的7,115,511号美国专利文件教示了使用机械扫描仪相对于未扫描GCIB对工件进行扫描。在又一个例子中，授予布林(Blinn)等人的7,105,199 B2号美国专利文件教示了使用GCIB处理以改进在医疗装置上的药物涂层的粘附及改变从医疗装置上的药物洗脱或释放率。GCIB已经被用在如钻石和其它宝石的晶体和非晶体形态材料的刻蚀和打光处理中。这并非是完全成功的，有时由于GCIB处理宝石会经历不期望的颜色变化。不清楚这是否是由于对于宝石材料的一些表面或次表面形式损坏，或者由于GCIB处理和下层未处理块体材料所引起的刻蚀和/或光滑表面层之间粗糙化的界面的形成，或者可能由于团簇离子引起的表面带电造成的损害。无论GCIB处理负面效果的原因是什么，需要用于刻蚀和/或打光自然和合成宝石材料的不会引入宝石外观和审美需求不期望的劣化的处理技术。已经表明GCIB处理作为用于打光和/或平整光学材料表面的可行技术，光学材料是例如透镜、反射光学表面、光学窗口、用于显示器的光学面板和触摸屏面板、棱镜装置、光掩膜的透明基板等、光学波导、电-光装置和其它光学装置。用于光学装置的材料包括各种玻璃、石英、蓝宝石、钻石和其它坚硬透明的材料。传统的抛光和平整——包括机械、化学-机械以及其他技术——对于大多数需求的应用而言不能产生足够的表面。在许多情形下GCIB处理已经能够使光学表面光滑和/或平整到传统抛光技术无法实现的程度，但需要不会在光滑表面和下层的块体材料之间引起粗糙界面的可选技术，从而避免产生嵌入在光学材料中的散射层。尽管GCBI处理已被成功地用于许多应用领域，仍有新的和现存的应用需求未被GCBI或本领域现有其他方法和设备完全满足。在许多情况下，虽然GCIB可能产生引人注目的使最初有些粗糙的表面原子级的打光，但最终可获得的打光经常低于所要求的光滑度，并且在其他情况中，GCIB处理可能会使适度光滑的表面粗糙而不是使其进一步光滑。其他需求/机会也存在，如通过本专利技术的实施例所意识到并已解决的。在药物-洗脱医疗植入物领域，GCIB处理已成功用在处理医疗植入物的药物涂层表面以粘合该涂层与基板，或改变伴随植入物进入患者体内的药物从涂层的洗脱率。但是，已经注意到，在某些情况下，当GCBI被用于处理药物涂层(药物涂层通常非常薄并可能包含非常昂贵的药品)时，作为GCIB处理的一个结果，可能出现药物涂层重量损失(药物损失或去除的指示)。对于这种损失出现总体上是不期望的特定情况(某些药物和使用特定处理参数)，以及具有避免重量损失的能力同时仍获得对药物洗脱率的满意控制的处理是更优选的。在半导体应用中，GCIB在许多表面-处理的改进中已被在不同程度上成功应用，但改进的机会仍然存在。在常规GCIB处理中，虽然对早期的常规技术有显著改进，但通常，结果仍然不是要求最高的应用所需要的质量。例如，在打光处理中，对于许多材料，使用GCIB处理实际上获得的最终的光滑度不是总能满足要求。在为了掺杂、晶格应变、及其他应用如薄膜沉积、薄膜生长和非晶化的目的而向半导体材料中引入其他材料的应用中(有时称为GCIB注入)，注入、生长、非晶化或沉积的材料之间的界面通常在辐照层和下层基板之间的界面上具有粗糙度或不一致性，该粗糙度或不一致性损害GCIB-改性层的最优性能。离子在许多处理中被长期青睐，因为它们的带电电荷使其易于受电场或磁场操纵。这在处理中引入很大的灵活性。但是，在某些应用中，任何离子(包括在GCIB中的气体团簇离子)固有的电荷可能在被处理的表面中产生不希望的效果。GCIB具有比常规离子束明显的优势，与常规离子(单个的原子、分子或分子碎片)相比，带有单个或小的多个电荷的气体团簇离子能输送和控制大得多的质量流(mass-flow)(可以是由数百或数千个分子组成的团簇)。特别是在绝缘材料的情况下，用离子处理过的表面经常遭受由累积的电荷猝然排出产生的电荷-感应损坏，或遭受破坏材料中的电场-感应应力的结果(也从累积的电荷产生)。在很多这样的情况中，GCIB由于其相对较低的电荷单位质量具有优势，但在某些情况中，可能无法消除目标-带电(target-charging)问题。此外，中到高电流密度离子束可能遭受显著的空间电荷引起的射束散焦，这倾向于抑制长距离输送强聚焦射束。再一次的，由于与常规离子束相比，GCIB具有较低的单位电荷质量，因此GCIB具有优势，但它们没有完全消本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基板表面上形成带图案的硬掩膜的无光刻胶的方法，包含下列步骤：提供减压室；在所述减压室中形成包含气体团簇离子的气体团簇离子射束，所述气体团簇离子包含碳原子；在所述减压室中加速所述气体团簇离子以形成沿射束路径的加速气体团簇离子射束；促使沿所述射束路径的所述加速气体团簇离子的至少一部分分裂和/或离解；在所述减压室中从所述射束路径中移除带电粒子以形成沿所述射束路径的加速中性射束；将带图案的模板和基板引入到所述减压室中；将所述基板保持在所述射束路径中；通过利用所述加速中性射束穿过所述带图案模板中的开口辐照所述基板来处理所述基板的部分表面，以在所述表面的被辐照部分上通过将碳原子植入到所述表面的所述被辐照部分而形成硬化和/或致密的含碳的图案层；将所述模板从所述基板分离；一次刻蚀具有含碳的图案层的所述表面以优先移除在所述表面的不含碳部分中的材料，形成一个或多个沟槽和一个或多个高台；在所述高台和所述沟槽上方形成硬掩膜层；整平所述硬掩膜层以将其从高台移除，但不从沟槽中移除；以及可选地，使用所述硬掩膜层作为掩膜来二次刻蚀所述表面以移除基板材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.11 US 62/131,6691.一种在基板表面上形成带图案的硬掩膜的无光刻胶的方法，包含下列步骤：提供减压室；在所述减压室中形成包含气体团簇离子的气体团簇离子射束，所述气体团簇离子包含碳原子；在所述减压室中加速所述气体团簇离子以形成沿射束路径的加速气体团簇离子射束；促使沿所述射束路径的所述加速气体团簇离子的至少一部分分裂和/或离解；在所述减压室中从所述射束路径中移除带电粒子以形成沿所述射束路径的加速中性射束；将带图案的模板和基板引入到所述减压室中；将所述基板保持在所述射束路径中；通过利用所述加速中性射束穿过所述带图案模板中的开口辐照所述基板来处理所述基板的部分表面，以在所述表面的被辐照部分上通过将碳原子植入到所述表面的所述被辐照部分而形成硬化和/或致密的含碳的图案层；将所述模板从所述基板分离；一次刻蚀具有含碳的图案层的所述表面以优先移除在所述表面的不含碳部分中的材料，形成一个或多个沟槽和一个或多个高台；在所述高台和所述沟槽上方形成硬掩膜层；整平所述硬掩膜层以将其从高台移除，但不从沟槽中移除；以及可选地，使用所述硬掩膜层作为掩膜来二次刻蚀所述表面以移除基板材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述移除步骤从所述射束路径中移除实质上全部带电粒子。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述移除步骤之后热处理所述基板的步骤。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述中性射束实质上由来自所述气体团簇离子射束的气体组成。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述促使的步骤包括升高所述加速的步骤中的加速电压或者改善所述形成气体团簇离子射束中的离子化效率。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖恩·R·柯克帕特里克，理查德·C·什夫卢加，
申请(专利权)人：艾克索乔纳斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US