本发明专利技术涉及低能量粒子束蚀刻，在存在蚀刻辅助气体的情况下使用低能量聚焦离子束来去除碳质材料。申请人已经发现，当FIB的射束能量被降低时，诸如O2的蚀刻辅助气体大大增加了蚀刻速率。在一个例子中，使用具有从8keV到14keV的射束能量的Xe+等离子体FIB和作为蚀刻辅助气体的O2所蚀刻的聚酰亚胺材料，在蚀刻速率上的增加相比于默认研磨速率可以接近30倍。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚酰亚胺或其他类似有机薄膜的聚焦离子束蚀刻，更具体地，涉及使用Xe+等离子体聚焦离子束来蚀刻聚酰亚胺。
技术介绍
现代集成电路(IC)由多层的导体和衬底材料(诸如绝缘体和半导体)组成。在IC中检查和编辑电路或其他隐藏内部特征，需要导航到目标区域，并研磨穿过多层衬底材料中的一个或多个。通过减少设计调试阶段期间所需的掩膜组的数量，电路编辑(CE)降低了IC的开发成本,并加速了总的上市时间(time-to-market)。大多数CE活动现今采用聚焦离子束(FIB)系统来执行，这通常被用于研磨掉衬底材料以暴露隐藏特征，并且还以高精度沉积材料。这些能力可以被用于切割和连接器件内的电路，以及创建用于电测试的探测点。应用包括验证设计改变、调试和优化生产中的器件，以及原型制作新的器件，而无需昂贵和费时的掩模组制造。通常在FIB系统中的材料去除是通过使用相对大的离子的射束来物理溅射掉衬底材料而完成的。大多数的FIB系统使用由液态金属离子源(LMIS)产生的镓离子(Ga+)，因为这样的源容易制造、在室温下操作、并且是可靠的、寿命长的、且稳定的。此外，在FIB处理期间化学剂可以被引入到工件上，以有利地操纵选定材料的研磨速率。使用化学剂来增强或抑制FIB研磨速率一般被称为“气体辅助蚀刻”(GAE)。因为聚酰亚胺(PI)是IC封装器件上的一种常见的包封材料，所以在电路编辑或故障分析期间，去除聚酰亚胺层的一部分通常是必要的。聚酰亚胺去除的一个常见方法是通过在有水蒸气的情况下采用Ga+ FIB来蚀刻聚酰亚胺层。水充当蚀刻辅助气体，且已知为将聚酰亚胺蚀刻速率增加至默认研磨速率(定义为在没有蚀刻辅助气体的情况下使用FIB的研磨速率)的5到10倍。将水蒸气用作用于有机(含碳)化合物(诸如聚酰亚胺)的蚀刻辅助气体在Russell等人的题为“用于水蒸气增强的带电粒子束加工的方法”、编号为5，958，799的美国专利申请(1999年9月28日)中被描述，其通过引用结合于本文。尽管Ga+ FIB已经是几十年来被用在IC制造中的最常见类型的FIB，但使用惰性离子(诸如氙离子(Xe+))的等离子体FIB仪器相对于使用液态金属离子源的传统Ga+ FIB提供了多种显著的优点。例如，等离子体FIB提供射束电流，该射束电流是传统的基于镓的FIB中所使用的射束电流的20至100倍，这导致了材料去除速率上的极大增加。而且，使用惰性离子的等离子体FIB不导致诸如由Ga+注入所引起的有问题的离子污染。使用等离子体FIB (诸如Xe+等离子体FIB)以用于在由聚酰亚胺或其他类似有机薄膜所包封的IC封装器件上的电路编辑或故障分析的一个显著的缺点是，当与Xe+等离子体FIB —起使用时，水蒸气似乎不充当用于聚酰亚胺的蚀刻辅助气体。尽管聚酰亚胺去除的其他原位外(ex-situ) (FIB真空室外面的)方法是已知的，包括激光器和等离子体蚀刻工具，但现有技术中没有已知有效的用于Xe+ FIB工具的原位(in-situ)方法。因此，所需要的是使用Xe+等离子束更加快速和有效地原位蚀刻聚酰亚胺和其他有机薄膜的方法。
技术实现思路
本专利技术的优选实施例是针对碳质或其他有机材料的化学辅助离子束蚀刻的新方法。申请人:已经发现，当射束能量被降低时，含氧的气体(诸如O2)开始起到非常有效的蚀刻辅助气体的作用。例如，使用具有从8keV到14keV的射束能量的Xe+等离子体FIB和作为蚀刻辅助气体的O2的实施例，可以在是聚酰亚胺的默认研磨速率接近30倍的速率下蚀刻聚酰亚胺。前述内容已经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本专利技术下面的详细描述。本专利技术的附加特征和优点将在下文被描述。本领域技术人员应当理解，所披露的概念和具体实施例，可以容易地被用作修改或设计用于执行本专利技术相同目的的其他结构的基础。本领域技·术人员还应该认识到，这样的等效构造不偏离如所附权利要求书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，现在对结合附图所进行的下面的描述做出参考，其中: 图1是图示了具有包封聚酰亚胺层的典型IC封装器件的一部分的示意图。图2是使用FIB的典型的气体辅助蚀刻过程的示意性图示。图3是使用较高能量的Xe+等离子体离子束的聚酰亚胺蚀刻的显微照片。图4是在较高的加速电压下使用Xe+等离子体FIB的气体辅助蚀刻的示意性图示。图5是在较低的加速电压下使用Xe+等离子体FIB的O2辅助蚀刻的示意性图示。图6是使用较低能量的Xe+等离子体离子束的聚酰亚胺蚀刻的FIB显微照片。图7是大面积聚酰亚胺去除的FIB显微照片，其中聚酰亚胺的上层已被蚀刻掉以暴露两个顺序沉积的聚酰亚胺层之间的接口。图8是在下聚酰亚胺层被蚀刻掉且底层氧化物层被暴露的情况下的图7的大面积聚酰亚胺去除的FIB显微照片。图9是在本专利技术的实施例的聚酰亚胺蚀刻过程期间，吸附(阶段)电流作为时间的函数的曲线图。图10是部分损坏的聚酰亚胺表面的低倍率FIB显微照片。图11示出了与图10相同的聚酰亚胺薄膜的部分1001，其中矩形扫描框示出了要被执行的修复的位置。图12示出图示了图10和11的损坏的聚酰亚胺薄膜的修复进展的FIB图像的序列。附图并非旨在按比例绘制。在附图中，在各种图中所图示的每个相同或近乎相同的部件由同样的数字所表示。为清楚起见，可能不是在每幅附图中都对每个部件进行标记。具体实施方式本专利技术的优选实施例中针对一种使用Xe+等离子体FIB的聚酰亚胺去除的新方法。当在相对高的射束能量(>20keV)下被使用时，使用纯氧气(O2)作为蚀刻辅助气体对PI的蚀刻速率就算有任何影响也不会太大。然而，申请人已经发现，当Xe+等离子体FIB的射束能量被降低时，O2开始起到非常有效的蚀刻辅助气体的作用。根据本专利技术的优选实施例，取决于特定的聚酰亚胺合成物，使用具有从8keV到14keV的射束能量的Xe+等离子体FIB和作为蚀刻辅助气体的O2，蚀刻速率中的增加可以相比于默认研磨速率接近其30倍。使用Ga+FIB的用于蚀刻聚酰亚胺(PI)薄膜的传统方法是使用水蒸气作为蚀刻辅助气体。这种技术导致30keV的加速电压(也被称为射束能量)下的PI去除速率约为2Mm3/nC，尽管取决于正被去除的PI的确切类型，实际的去除速率将示出可观的变化。如上所讨论的，该去除速率通常比默认研磨速率(对于不具有蚀刻辅助气体的FIB而言)快5倍到10倍。尽管Xe+等离子体FIB的使用相比更为传统的Ga+ FIB具有多种优点，但在任何射束能量下使用Xe+等离子体FIB时，水蒸气(H2O)的使用并不明显增加PI的蚀刻速率。当在相对高的射束能量(>20keV)下使用时，使用纯氧气(O2)作为蚀刻辅助气体对PI的蚀刻速率就算有任何影响也不会太大。然而，令人意外地，申请人已经发现，当Xe+等离子体FIB的射束能量被降低时，O2开始起到非常有效的蚀刻辅助气体的作用。 正如下面更详细地描述的，使用Xe+等离子体FIB的聚酰亚胺蚀刻的典型的默认研磨速率可能约为0.3MmVnC0在30keV的射束能量下，O2的添加对聚酰亚胺的蚀刻速率将有着很少的影响或没有影响。然而，在射束能量被降低时，蚀刻速率上的改善在<16keV处开始被看到，其本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种对包括碳质材料的工件的化学增强离子束研磨的方法，所述方法包括：在工件表面处提供含氧蚀刻辅助气体；以及，在存在蚀刻辅助气体的情况下朝向碳质材料引导离子束来蚀刻该碳质材料，该离子束不具有足够的能量来从包括氧气的含氧的蚀刻辅助气体与该碳质材料之间的反应形成钝化层。
【技术特征摘要】
2012.01.31 US 61/593,281;2012.12.17 US 13/717,2721.一种对包括碳质材料的工件的化学增强离子束研磨的方法，所述方法包括: 在工件表面处提供含氧蚀刻辅助气体；以及， 在存在蚀刻辅助气体的情况下朝向碳质材料引导离子束来蚀刻该碳质材料，该离子束不具有足够的能量来从包括氧气的含氧的蚀刻辅助气体与该碳质材料之间的反应形成钝化层。2.如权利要求1所述的方法，其中朝向该碳质材料引导离子束包括引导具有小于16keV的离子束。3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中朝向该碳质材料引导离子束包括引导具有小于IOkeV的离子束。4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中朝向该碳质材料引导离子束包括引导氣离子的射束。5.如权利要求1所述的方法，其中朝向该碳质材料引导离子束包括朝向聚酰亚胺材料引导具有小于16keV的能量的氙离子的射束。6.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中朝向工件引导含氧的蚀刻辅助气体包括朝向该工件弓丨导O2。7.一种对衬底的化学增强离子束研磨的方法，所述方法包括: 将衬底装载到离子束系统中； 朝向工件提供蚀刻辅助气体，该蚀刻辅助气体包括氧化剂； 在存在蚀刻辅助气体的情况下在工件处引导离子束，该离子束具有小于16keV的射束能量；以及 使用化学增强离子束研磨来去除材料。8.如权利要求7所述的方法，其中蚀刻辅助气体包括O2气体。9.如权利要求7所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：C吕埃，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：
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