[发明专利]低能量离子束蚀刻

说明书

本发明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O ₂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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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一起使用时，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。

发明内容

本发明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。