用於束處理系統的氣體傳輸的製作方法

2023-04-24 17:13:31

專利名稱：用於束處理系統的氣體傳輸的製作方法
技術領域：
本發明涉及提供用於束處理系統、離子束或電子束系統的氣體的系統。
背景技術：
束系統例如是電子束系統、離子束系統、雷射束系統、簇束系統和中性粒子束系統，所述束系統被用於通過蝕刻或沉積在表面上形成特徵。束引發的沉積エ藝使用前體氣體，所述前體氣體在存在該束的情況下產生反應以在束撞擊的區域中的表面上沉積材料。 例如，氣態有機金屬化合物(例如，六羰基鎢)被設置在樣品附近並且被吸收到該表面上面。 在存在帶電粒子束(例如，離子束或電子束)的情況下，該有機金屬化合物分解以形成保留在該表面上的金屬以及通過真空泵移除的揮發性有機化合物。蝕刻エ藝使用這樣的前體氣體，該前體氣體與エ件的表面反應以形成揮發性化合物。例如，碘能夠被用於蝕刻矽晶片。 碘在存在束的情況下反應以形成揮發性碘化矽化合物，該碘化矽化合物離開樣品表面並且通過真空泵移除。前體氣體通過「氣體注入系統」或「GIS」被引入到真空中。該氣體注入系統通常包括氣體源和氣體引導器，例如針或漏鬥，該氣體引導器被設置在所述樣品附近並且將所述氣體朝向エ件引導。由在室溫下呈固態或液態的材料形成的前體氣體通常從真空腔內的熔爐被供應。該氣體流通過加熱該固體或液體而產生，以增加其蒸發壓力，從而使得氣體流經該氣體引導器並且進入到真空腔中。例如，六羰基鎢在室溫下是固體並且典型地被加熱到大約55°C或60°C以升高其蒸發壓力，從而實現進入到真空腔中的合適流量。例如，在 Jorgen Rasmussen 的名為"Gas Injection System，，的美國專利 5，435，850中描述了ー種現有技術系統。Rasmussen的氣體注入系統包括熔爐，固態或液態源材料被存儲在該熔爐中。該熔爐被設置在真空腔內。該熔爐被加熱以增加源材料的蒸氣壓力，並且來自源材料的氣體然後流動到樣品。通過供應到熔爐的熱量的量以及通過將柱塞定位在閥內以控制閥開ロ的大小來調節氣體流量。在許多應用中，受限的熔爐能力需要頻繁地補填該熔爐。一些前體化學物的危險性質使得在補填期間必須存在特定的安全設備，該設備在現場可能不容易被獲得。這種系統還需要在每次補填之後再對齊，使得針指向帶電粒子束的撞擊點。控制溫度以及閥開ロ提供控制帶電粒子束系統的樣品腔內的壓カ的受限能力。另ー類型的氣體注入系統在Casella的名為「Gas Delivery Systems for Particle Beam Processing」 的美國專利 No. 5，851，413 中被描述。在 Casella 的系統中， 該前體被存儲在真空腔外部並且流經導管以進入到樣品附近的氣體濃縮器中。將前體氣體存儲在真空腔外部的系統通常包括閥，例如步進電機控制的隔膜閥，以控制氣體流量。
在現有技術系統中，在帶電粒子束樣品腔中的前體氣體的壓カ控制受到限制，這是因為該壓カ僅通過控制氣體源的溫度或隔膜閥的開度而被控制。真空泵持續地移除樣品腔中的氣體，且因此當氣體流入等於氣體流出時達到均衡腔中的該壓力。在輸入氣體路徑中需要孔以限制流量，使得在樣品腔中能夠保持低壓。然而，這種孔增加了使樣品腔升高到期望操作壓カ所需的時間。圖1示出了用於氣體注入系統中的典型現有技術隔膜閥100。閥100包括閥體102 和致動器，所述致動器例如是控制閥杆106的位置的步進電機104或氣動閥，該閥杆在供應管線112中的開ロ處將隔膜108定位在閥座110上。當閥杆106將隔膜壓靠閥座110中的開口上吋，無氣體流經該開ロ。當閥杆移離該開ロ吋，如圖1所示，該隔膜允許氣體從供應管線112流入該閥中並且通過出口管線114流出該閥。壓カ在氣體系統的出口處被測量並接著利用校準表來相互關聯以反饋到控制系統。隔膜閥操作在部分打開位置，其中流量取決於開度以及上遊氣體壓力。一旦確定提供期望腔壓カ的開度，那麼該閥通常保持在該位置，除非腔中的壓カ需要調節。流量控制是粗略的，並且閥杆的位置不與流率高度相互關聯。也就是說，提供在第一系統上的第一樣品壓カ腔的閥設置將不必要在第二系統上提供相同的壓力。在這種處理中，優選的是保持在處理氣體之間的期望比。當每種成分的控制不精確時，可能難以保持該期望比。美國專利公布No. 2009/0223451描述了ー種用於將前體氣體傳輸到束儀器的系統。該系統使用載體氣體來稀釋前體氣體並且將該前體氣體從ー個或多個熔爐攜載通過單條主管線到達針並且進入到樣品真空腔中。載體氣體和來自每個熔爐的氣體的流量部分地通過控制氣動閥的工作比(duty cycle)而被控制。每個熔爐和主管線的一部分處於氣體封套中，該氣體封套開通到樣品真空腔。當熔爐閥關閉時使用單條主管線會將前體氣體留在主管線中，因此需要主管線的吹掃程序，這花費時間並且浪費前體氣體。

發明內容
本發明的目的在於改善用於輔助束處理的氣體流控制。根據ー些優選的實施方式，從多種氣體源進入到束系統的樣品腔中的氣體流由用於每種氣體源的循環閥控制。其中樣品腔中的氣體壓力由閥打開的相對時間以及閥處的上遊壓カ來確定。設置在真空腔內部的氣體閥允許在截止氣體方面快速地響應。根據ー些優選的實施方式，前體氣體由容器中的固態或液態材料供應，該容器在使用時保持在真空系統外部並且被容易地連接到氣體注入系統或從該氣體注入系統斷開而不會存在明顯的洩漏。前述說明已經相當寬泛地概述了本發明的特徵和技術優勢，以便使得本發明的下述詳細說明可以被更好地理解。本發明的附加特徵和優勢將在下文被描述。本領域技術人員將理解的是，所公開的概念和具體實施方式
可以容易地被用作修改或設計用於實施本發明的相同目的的其他結構的基礎。本領域技術人員還應當認識到的是，這種等同結構不偏離由所附權利要求書闡述的本發明的精神和範圍。


為了更透徹地理解本發明及其優勢，現參考下述說明結合附圖，包括下列附圖。
圖1示意性地示出了現有技術的隔膜閥。圖2示意性地示出了用於調節氣體注入系統的壓力的優選系統。圖3示出了用於循環閥的典型控制信號。圖4示出了針對不同閥工作比和頻率的腔壓カ對時間。圖5示出了針對閥控制信號的不同脈寬的腔壓カ對脈衝數量。圖6示出針對靜態工作比和動態變化的工作比的腔壓カ對工作比。圖7A示意性地示出了本發明的GIS的優選實施方式。圖7B示出了圖7A的實施方式的噴嘴部分。圖8是根據本發明優選實施方式的用於提供前體氣體的優選供給瓶。
具體實施例方式根據本發明的優選實施方式，進入到束系統的樣品腔的氣體流由「循環」閥(例如， 微閥)控制。如在本文使用的，循環閥是指通過在打開位置和關閉位置之間循環來控制流量的閥，其中該流量由在閥開啟的給定時段期間的時間比控制。通過使閥快速地循環(通常以大於1赫茲的頻率)，氣體流能夠達到平衡至應用所需的程度。在毎次循環期間閥保持開啟的時間以及毎秒的循環次數(即，循環頻率)能夠被調節以控制通過該閥的氣體流量。閥開啟的時間百分比被稱為「工作比」。當然，該流量還將由閥上的壓差來確定。在大多數應用中，樣品腔中的壓カ比在閥的輸入側上的氣體壓力要低得多，且因此該流量主要由在閥的輸入側上的壓カ確定。圖2示出了本發明的典型束系統200的一種氣體的氣體路徑的示意圖。氣體源 202通過第一閥206將氣體提供給束系統腔204，該第一閥206由氣體管線208連接到設置在樣品腔204內的第二閥210。閥206和210優選地是微閥，即通過調節閥開啟的時間比而不是通過節流氣體流來控制流量的小型閥。第一閥206被用於調節到束系統204的氣體流， 且第二閥210被用作截止閥以在第一閥206失效的情況下停止到系統腔204的流。將第二閥(截止閥)設置靠近氣體被注入到樣品腔中的點來減少將氣體從該腔吹掃所需的時間，這是因為在管線中存在更少的氣體要被吹掃。管線208優選地被加熱以保持前體處於氣態。 還能夠加熱沿氣流路徑的附加區域。微閥還能夠利用點式加熱器被加熱以防止微閥中的冷凝。閥206和210由控制器220控制，該控制器220結合來自函數發生器222和功率源2M的信號以提供用於這些閥的驅動信號。閥206和210優選地是能夠市售得到的微閥。 這些微閥典型地包括螺線管，該螺線管克服將閥偏壓到封閉位置的彈簧カ而打開該閥。當電流流經螺線管的線圈時，螺線管中的柱塞遠離閥座移動以允許氣體經過閥座。當電流被移除吋，該彈簧將柱塞返回到閥座以密封該氣體入ロ。圖3示出了典型驅動信號302，該驅動信號302包括最初電壓脈衝304 (通常是大約100毫秒(ms)的大約12伏(V))，該最初電壓脈衝提供最初脈衝以打開該閥；以及「保持」電壓306 (通常是大約3-5 V)，該保持電壓足以將該閥保持在打開位置。「保持」信號306的脈寬308以及頻率(即，毎秒的循環次數) 都是可控的。控制器220設置最初脈衝304的持續時間和高度，並接著將螺線管電壓切換為保持電壓306持續被編程的時間量。在優選的實施方式中，樣品腔中的氣體達到氣體壓力的期望壓カ所需的時間通過設置脈寬308來控制，並且保持在腔中的氣體壓力通過調節每次循環的頻率來調節。也就是說，脈寬308能夠被設置，使得在毎次循環期間該閥停留打開更長的時間段，使得腔壓カ 更快地升高。閥在打開和關閉之間交替的速率被調節以提供樣品腔中的期望壓力。如果該頻率太低，那麼腔中的壓カ將振蕩；該頻率應當足夠高以保持真空腔中的壓カ的足夠均勻性。這種脈寬調製(PWM)控制策略能夠被用於提供流量控制、且因此提供對該系統的全部壓カ範圍的壓カ控制。圖4示出了操作頻率和工作比如何隨著時間影響腔壓力。由圓點表示的數據點代表1/3 Hz的頻率；由三角形表示的數據點代表1 Hz的頻率；以及由正方形表示的數據點代表3 Hz的頻率。被歸類到一起並且用附圖標記402表示的三條線代表25%的工作比，即該閥在其毎次循環25%的時間打開並且75%的時間關閉。用附圖標記404表示的三條線代表 9. 9%的工作比，並且用附圖標記406表示的三條線代表3%的工作比。線402示出了，25%的工作比產生大約7. 7 xlO—5豪巴(mbar)的腔壓力。與3 Hz的頻率對應的線402A示出了， 該壓カ是相對穩定的；而與1/3 Hz的頻率對應的線402C示出了腔壓カ中存在顯著的波動。 線404示出了，9. 9%的工作比產生真空腔的大約3. 9xl0"5 mbar的壓力，而線406示出了，3% 的工作比產生真空腔的大約1.虹10_5 mbar的壓力。要注意，工作比與頻率以及脈寬相關。圖5示出了當閥脈動時腔中的壓カ如何増加。菱形所表示的數據點代表5 ms脈衝，即在毎次循環期間該閥打開大約5 ms。正方形代表10 ms脈衝，而三角形代表25 ms脈衝。圖5示出了，對於相同數量的脈衝而言更長的脈衝持續時間更快地増加了腔壓力，並且僅基於閥打開的時間，該增加比預期的更大。圖6示出了當工作比保持恆定時與當工作比動態變化時相比腔壓カ如何變化。圖7A示出了根據本發明的氣體注入系統(GIS) 700的實施方式。氣體注入系統 700延伸穿過壁702進入到真空腔704中並且因此包括位於真空腔704內的部分706以及真空腔704外的部分708。系統700包括兩種類型的氣體源，如將在下文更詳細描述的容器 710中的固體和液體以及氣罐712。氣體源710和712處於真空腔704之外的部分708中， 使得這些氣體源在騰空時能夠被容易地更換。將氣體源定位在真空腔外部還允許使用更大容量的容器。氣密性貯櫃716將容器710和控制閥720保持處於真空環境中。在一些實施方式中，氣體源，例如容器710之一(其例如可以是包含固態或液態前體材料的熔爐)，被完全容納在氣密性貯櫃716的內部而不是使得其一部分延伸到該氣密性貯櫃外部。這能夠簡化熔爐或其他氣體源的設計。氣密性貯櫃716被連接到樣品腔704中的真空，但是能夠通過關閉閥(未示出)而與該真空隔離以便利於更換或補填容器710。每個筒體712由高壓管線721連接到閥720。保持在樣品腔外部的氣體源提供用於多種氣體源的空間並且降低真空腔內所需的空間，從而留有空間用於其他設備。前級泵 722被用於抽空腔716。前級泵722在改變氣體容器710之後加速貯櫃716的抽空，從而消除使得貯櫃716中的氣體擴散到樣品腔704中並且從該樣品腔抽空所需的時間。在存在來自氣體源之一的洩漏的情況下，貯櫃716提供次級氣體容納結構，從而消除對於獨立排空存儲盒的需要。許多束系統利用多個端ロ構造成，這些端ロ用於將儀器和工具附接到樣品腔。存在受限數量的這種端ロ。本發明允許多種氣體通過單個GIS端ロ 插入，由此提供將多種氣體供應到具有單個自由端ロ的現有樣品真空腔的能力。如參考圖2在上文描述的，閥720例如將使用脈寬調製控制策略來調節氣體流並且第二閥7M在第一壓カ控制閥失效的情況下是截止閥。當該腔被抽空並且期望快速地使得氣體壓力達到期望水平吋，閥7M還能夠用於提供快速的腔壓カ恢復。被加熱氣體管線 726將設置在貯櫃716中的閥720與設置在延伸到樣品腔704內的部分706中的閥7M連接。管線7 從真空貯櫃716延伸通過真空腔704的壁702中的開ロ，使得閥7M處於部分706中，即處於真空腔704的內部中。部分706的大部分被護罩725圍繞，該護罩優選地由高導磁合金(mu-metal)構成以防止閥724所產生的磁場影響帶電粒子束。氣體管線7 例如可以是1/8英寸直徑的 Teflo,管，其結合電阻加熱器以及用於測量氣體管線溫度的集成電阻式熱裝置。被加熱的柔性氣體管線允許將該氣體管線在障礙物周圍布線。控制器730(例如，可編程的邏輯控制器)使用氣體管線上的溫度測量裝置以提供反饋給電阻加熱器，以保持氣體管線726中的合適溫度，從而確保該氣體在到達樣品腔之前不會冷凝。控制器730還控制閥720和724。 在一些實施方式中，加熱器被設置在閥720和閥724附近，以將前體保持在氣態。閥7M的出口管線7 輸送到漏鬥形噴嘴732中，該噴嘴終止於針734中，該針734 能夠被插入到エ件(未示出)附近並且在未被使用時從該エ件退回。圖7B示出了 GIS 700 的噴嘴區域的端視圖並且示出了關於圖7A上文描述的部件的關係。如圖7A和圖7B所示的系統與固態、液態和氣態源相兼容。瓶710和氣體筒體712提供在樣品腔外部的容易補填並且不需要通風櫥。如圖7A所示，每個氣體容器710優選地具有其自己相應的閥720、管線726、閥724以及進入到732中的管線728。這與ー些現有技術的不同之處在於其包括由多個氣體源供給的單條主管線。具有用於每個氣體源的単獨管線以及具有在進入到樣品腔 704中的氣體離開點附近的閥實現改變，從而將氣體改變得更為有效，這是因為不必要吹掃主管線並且在閥關閉以停止氣體流之後非常少的氣體保留在該系統中。微閥7M通常產生能夠與帶電粒子束(例如，電子束或粒子束)幹渉的磁場和電場， 所述帶電粒子束被用於處理工件。護罩725優選地由高導磁合金材料製成並且被定位成保護該帶電粒子束免受閥724的磁場和電場，這種場會改變該束在エ件上的撞擊點。只不過存在護罩725影響帶電粒子的軌跡。該影響是微小的，因為護罩725相對遠離帶電粒子束柱，但該影響能夠通過當在使用之前調整帶電粒子束柱時對帶電粒子束中的象散校正裝置進行調節而被補償。由於在護罩725移動的情況下象散校正裝置上的電壓需要被調節，因此護罩優選地保持在固定位置，並且僅非磁性針734被插入或退回。在現有技術中，需要限流孔以減少氣體流，從而維持樣品腔中的期望壓力。這些孔降低將該腔快速地帯到所需壓カ以及減小樣品真空腔中可實現的壓カ範圍的能力。樣品腔中可實現的壓カ通常受GIS限制。本發明的循環閥免除對於限流孔的需要並且因此能夠提供大得多範圍的流率，且因此提供真空腔中更大的壓力範圍。操作員能夠將該壓力設置為僅受腔中所需的真空度限制的值。不同於最佳地用於低揮發性的固體和液體並且不能處理在室溫下處於氣態的氣體的現有技術盒系統，本發明的實施方式提供將全部類型的處理氣體供應到樣品真空腔中的能力。將化學物移動到系統真空腔之外使得能夠更快、更容易地補填以及切換化學物。在優選實施方式中，前體氣體從氣體容器710流動通過該系統到達針734，而不需要載體氣體將前體氣體攜載通過該系統。雖然本發明的實施方式能夠將多種氣體通過單個GIS端ロ弓丨導到真空腔中，但是在其它實施方式中能夠使用多個端ロ。本領域技術人員將認識到，本文所述的系統將允許來自多種源的氣體同時流動到噴嘴732，由此允許多種前體氣體同時被提供在樣品表面處。圖8示出了氣體供應容器800的優選實施方式，該氣體供應容器800包括通常由玻璃製造的瓶802，密封環804被螺紋連接到該瓶802並且在該瓶802與密封膜806之間提供氣密性的密封。瓶802盛裝固態或液態前體氣體源810.。氣體供應容器800可以是隔膜瓶，與用於血清的醫療領域中所使用的容器類似。通過利用真空管(例如，由通到GIS中的閥(未示出)中的氣體導管814連接的針812)來刺穿密封構件806 (通常是高質量Teflon 矽酮隔膜)，容器800被連接到氣體注入系統。例如，瓶802可以盛裝例如XeF2、W(C06)、萘、 TE0S、碘、或三甲基(甲基環戊ニ烯合)鉬。當瓶802被騰空時，針812被抽回並且密封構件 806封閉該針孔，從而形成密封任何殘留內容物的氣密性密封件。供應容器800能夠被換成不具有通風櫥並且與液態或固態前體都相兼容。能夠使用其它類型的密封件，例如快速釋放裝配件。使用氣體供應容器800以提供用於微束系統的前體氣體的優選方法包括提供瓶，該瓶具有密封膜並且盛裝產生處理氣體的固態或液態材料，所述膜將該固態或液態材料保持在瓶中；將由氣體導管連接到閥的中空管插入到該瓶中，該閥控制前體氣體從瓶到噴嘴的流量，所述管的插入允許氣體流過該膜；以及將該氣體從噴嘴引導到真空腔中的樣
ロロ表面。在氣體注入系統的優選實施方式中，真空腔中的壓カ能夠被控制在從大約1 χ 10_6 mbar至1 χ 10_4 mbar之間的範圍內，具有大約1. 5 χ 10_6的精度。微閥可以集成到 GIS的相對小的空間量中並且提供快速響應和控制。本發明的優選實施方式包括一種氣體注入系統，所述氣體注入系統用於將多種處理氣體提供到微束處理系統，該微束處理系統具有帶受控環境的樣品腔，所述氣體注入系統包括
-用於提供多種處理氣體的多種氣體源；
-流率控制閥，所述流率控制閥與所述多種氣體源的每ー種相關聯並且設置在所述樣品腔外部以調節來自相應氣體源的氣體的流率；
-截止閥，所述截止閥與所述多種氣體源的每ー種相關聯並且設置在所述真空腔內
部；
-一組第一氣體導管，每個第一氣體導管將來自流率控制閥之一的氣體引導到相應的截止閥；以及
-一組第二氣體導管，每個第二氣體導管將來自相應截止閥的氣體引導到樣品腔環境中。根據優選的實施方式，氣體注入系統的全部第二氣體導管能夠將氣體提供到公共噴嘴，以將處理氣體朝向樣品引導。該氣體注入系統還能夠包括設置在所述樣品腔外部的氣密性貯櫃，該氣密性貯櫃容納流率控制閥以及多種氣體源中的至少ー些。氣體注入系統的多種氣體源能夠包括在室溫下呈固態的材料以及在室溫下呈液態的材料。本發明的優選實施方式還能夠包括微束處理系統，用於將處理氣體提供到具有受控環境的樣品腔，所述微束處理系統包括
-樣品腔，所述樣品腔用於在受控環境下處理工件；-氣體注入系統，所述氣體注入系統包括 -用於提供處理氣體的氣體源；
-流率控制閥，所述流率控制閥設置在所述樣品腔外部以調節來自氣體源的處理氣體的流率；
-截止閥，所述截止閥被設置在所述樣品腔內部； -從所述流率控制閥到所述截止閥的第一導管；以及 -從所述截止閥到所述樣品腔環境的第二導管；以及
-束源，所述束源用於提供束以通過啟動所述處理氣體與所述エ件表面的反應來加工所述エ件。根據優選的實施方式，微束處理系統的流率控制閥能夠是循環閥，該循環閥適於通過在打開位置和關閉位置之間交替來控制流體流。流率控制閥能夠適於以比每秒一次更大的速率在打開位置和關閉位置之間交替。該流率控制閥能夠由脈寬調製電信號驅動。根據優選的實施方式，微束處理系統的截止閥能夠是適於通過在打開位置與關閉位置之間交替來控制流體流的循環閥。根據優選的實施方式，微束處理系統還能夠包括控制器，所述控制器用於控制所述流率控制閥和所述截止第二閥的操作，所述控制器被編程以使用所述第一閥來調節所述處理氣體的流率以及將所述第二閥用作截止閥。根據優選的實施方式，微束處理系統還能夠包括控制器，所述控制器用於控制所述流率控制閥的操作，所述控制器被編程以通過控制所述閥在毎次循環期間打開的時間長度來控制樣品腔中的氣體壓力増加的速率，且其中，所述控制器被編程以通過控制毎秒的循環次數來控制所述樣品腔中的壓カ。根據優選的實施方式，微束處理系統的所述束源能夠包括帶電粒子束柱或雷射系統。根據優選的實施方式，微束處理系統的所述流率控制閥能夠包括電磁體，所述電磁體使得柱塞來關閉和打開所述閥。另選地，所述流率控制閥能夠包括壓電微閥。根據優選的實施方式，微束處理系統的氣體注入系統能夠包括氣密性貯櫃，所述氣密性貯櫃被設置在所述樣品腔外部並且容納所述氣體源和所述流率控制閥。根據優選的實施方式，權利要求5的微束處理系統還能夠包括噴嘴，所述噴嘴用於將所述處理氣體引導到所述樣品腔內部的樣品處。根據優選的實施方式，微束處理系統的所述處理氣體能夠包括前體氣體、載體氣體或吹掃氣體。根據優選的實施方式，所述微束處理系統的所述氣體注入系統能夠包括 -多種氣體源；
-流率控制閥，所述流率控制閥與所述多種氣體源的每ー種相關聯，所述流率控制閥設置在所述樣品腔外部以減少來自所述氣體源的氣體流；
-截止閥，所述截止閥與所述多種氣體源的每ー種相關聯，所述截止閥設置在所述真空腔內部；
-從所述流率控制閥到所述截止閥的第一導管；以及 -從所述截止閥到所述樣品腔的第二導管。
11
根據優選的實施方式，微束系統還能夠包括位於所述樣品腔外部的氣密性貯櫃， 所述氣密性貯櫃容納所述流率控制閥和多種氣體源的至少ー種。根據微束系統的優選實施方式，所述氣體源的至少ー種能夠包括設置在所述貯櫃外部的罐。根據微束系統的優選實施方式，所述氣密性貯櫃中的所述氣體源能夠包括瓶，所述瓶具有密封膜並且盛裝產生處理氣體的固態或液態材料。本發明的優選實施方式還能夠包括一種向微束系統提供氣態前體的方法，所述微束系統包括氣體源以及用於將氣體引入到樣品腔中的孔，所述方法包括
-提供來自第一氣體源的第一氣體；
-使第一氣體流傳送經過所述樣品腔外部的第一氣流控制閥； -將所述第一氣體通過孔注入到所述樣品腔中；
-利用所述第一氣流控制閥來控制所述樣品腔中的所述第一氣體的壓カ； -將束朝向所述樣品腔中的所述エ件引導，以處理所述エ件； -利用設置在所述樣品腔內的第一截止閥來停止所述第一氣體流到所述樣品腔中； -提供來自第二氣體源的氣體；
-將所述第二氣體傳送經過所述樣品腔外部的第二氣流控制閥； -將所述第二氣體通過所述孔注入到所述樣品腔中； -利用所述第二氣流控制閥來控制所述樣品腔中的所述第二氣體的壓カ； -將束朝向所述樣品腔中的所述エ件引導，以處理所述エ件；以及 -利用設置在所述樣品腔內的第一截止閥來停止所述第一氣體流到所述樣品腔中。根據向微束系統提供氣態前體的方法的優選實施方式，控制所述第一氣體的流量或控制所述第二氣體的流量能夠包括利用循環閥來調節所述第一氣體流量或第二氣體流裡。根據向微束系統提供氣態前體的方法的優選實施方式，利用循環閥能夠包括使所述閥以大於每秒一次的速率進行循環。根據向微束系統提供氣態前體的方法的優選實施方式，所述第一閥能夠由脈寬調製電信號驅動。本發明的優選實施方式還能夠包括用於微束系統的氣體源，所述氣體源包括具有膜、盛裝產生處理氣體的固態或液態材料的瓶。本發明的優選實施方式還能夠包括向微束系統提供前體氣體的方法，所述方法包括
-提供瓶，所述瓶具有膜並且盛裝產生處理氣體的固態或液態材料，所述膜將所述固態或液態材料保持在所述瓶中；
-將中空管插入到所述瓶中，所述中空管由氣體導管連接到閥，所述閥控制來自所述瓶的前體氣體到噴嘴的流量，所述管的插入允許氣體流過所述膜；以及 -將來自所述噴嘴的氣體引導到真空腔中的樣品表面。根據優選的實施方式，向微束系統提供前體氣體的方法還能夠包括將束朝向所述樣品引導，以分解所述前體氣體。雖然已經詳細地描述了本發明及其優勢，但是應當理解的是，能夠對本文所述的實施方式作出各種變化、替代或更換，而不偏離由所附權利要求書限定的本發明的精神和範圍。此外，本申請的範圍不旨在局限於在說明書中描述的過程、機械、製造、物質成分、手段、方法和步驟的具體實施方式
。如本領域普通技術人員從本發明的公開將容易理解的，根據本發明能夠採用現有的或將來待開發的執行與本文所述的相應實施方式大致相同的功能或者實現與所述相應實施方式大致相同的結果的過程、機械、製造、物質成分、手段、方法或步驟。因此，所附權利要求書_在將這些過程、機械、製造、物質成分、手段、方法或步驟涵蓋在其範圍內。
權利要求
1.一種氣體注入系統，所述氣體注入系統用於將多種處理氣體提供到微束處理系統， 微束處理系統具有帶受控環境的樣品腔，所述氣體注入系統包括用於提供多種處理氣體的多種氣體源；流率控制閥，所述流率控制閥與所述多種氣體源的每ー種相關聯並且設置在所述樣品腔外部以調節來自相應氣體源的氣體的流率；截止閥，所述截止閥與所述多種氣體源的每ー種相關聯並且設置在所述真空腔內部； 一組第一氣體導管，每個第一氣體導管將來自流率控制閥之一的氣體引導到相應截止閥；以及一組第二氣體導管，每個第二氣體導管將來自所述相應截止閥的氣體引導到樣品腔環境中。
2.根據權利要求1所述的氣體注入系統，其中，全部第二氣體導管將氣體提供到公共噴嘴，以將處理氣體朝向樣品引導。
3.根據權利要求1所述的氣體注入系統，還包括設置在所述樣品腔外部的氣密性貯拒，所述氣密性貯櫃容納流率控制閥以及多種氣體源中的至少ー些。
4.根據權利要求1所述的氣體注入系統，其中，所述多種氣體源包括在室溫下呈固態的材料以及在室溫下呈液態的材料。
5.ー種微束處理系統，用於將處理氣體提供到具有受控環境的樣品腔，所述微束處理系統包括樣品腔，所述樣品腔用於在受控環境下處理工件； 氣體注入系統，所述氣體注入系統包括 用於提供處理氣體的氣體源；流率控制閥，所述流率控制閥設置在所述樣品腔外部以調節來自所述氣體源的所述處理氣體的流率；截止閥，所述截止閥被設置在所述樣品腔內部； 從所述流率控制閥到所述截止閥的第一導管；以及從所述截止閥到所述樣品腔環境的第二導管；以及束源，所述束源用於提供束以通過啟動所述處理氣體與エ件表面的反應來加工所述エ件。
6.根據權利要求5所述的微束處理系統，其中，所述流率控制閥是循環閥，該循環閥適於通過在打開位置和關閉位置之間交替來控制流體流。
7.根據權利要求6所述的微束處理系統，其中，所述流率控制閥適於以比毎秒一次更大的速率在打開位置和關閉位置之間交替。
8.根據權利要求6所述的微束處理系統，其中，所述流率控制閥由脈寬調製電信號驅動。
9.根據權利要求5所述的微束處理系統，其中，所述截止閥是適於通過在打開位置與關閉位置之間交替來控制流體流的循環閥。
10.根據權利要求5所述的微束處理系統，還包括控制器，所述控制器用於控制所述流率控制閥和截止第二閥的操作，所述控制器被編程以使用第一閥來調節所述處理氣體的流率以及將所述第二閥用作截止閥。
11.根據權利要求5所述的微束處理系統，還包括控制器，所述控制器用於控制所述流率控制閥的操作，所述控制器被編程以通過控制所述閥在毎次循環期間打開的時間長度來控制樣品腔中的氣體壓力増加的速率，且其中，所述控制器被編程以通過控制毎秒的循環次數來控制所述樣品腔中的壓カ。
12.根據權利要求5所述的微束處理系統，其中，所述束源包括帶電粒子束柱或雷射系統。
13.根據權利要求5所述的微束處理系統，其中，所述流率控制閥包括電磁體，所述電磁體使得柱塞關閉和打開所述閥。
14.根據權利要求5所述的微束處理系統，其中，所述流率控制閥包括壓電微閥。
15.根據權利要求5所述的微束處理系統，其中，所述氣體注入系統包括氣密性貯櫃， 所述氣密性貯櫃被設置在所述樣品腔外部並且容納所述氣體源和所述流率控制閥。
16.根據權利要求5所述的微束處理系統，還包括噴嘴，所述噴嘴用於將所述處理氣體引導到所述樣品腔內部的樣品處。
17.根據權利要求5所述的微束處理系統，其中，所述處理氣體包括前體氣體、載體氣體或吹掃氣體。
18.根據權利要求5所述的微束處理系統，其中，所述氣體注入系統包括多種氣體源；流率控制閥，所述流率控制閥與所述多種氣體源的每ー種相關聯，所述流率控制閥設置在所述樣品腔外部以減少來自所述氣體源的氣體流量；截止閥，所述截止閥與所述多種氣體源的每ー種相關聯，所述截止閥設置在所述真空腔內部；從所述流率控制閥到所述截止閥的第一導管；以及從所述截止閥到所述樣品腔的第二導管。
19.根據權利要求18所述的微束系統，還包括位於所述樣品腔外部的氣密性貯櫃，所述氣密性貯櫃容納所述流率控制閥和多種氣體源的至少ー種。
20.根據權利要求19所述的微束系統，其中，所述氣體源的至少ー種包括設置在所述貯櫃外部的罐。
21.根據權利要求19所述的微束系統，其中，所述氣密性貯櫃中的所述氣體源的至少 ー種包括瓶，所述瓶具有密封膜並且盛裝產生處理氣體的固態或液態材料。
22.—種向微束系統提供氣態前體的方法，所述微束系統包括氣體源以及用於將氣體引入到樣品腔中的孔，所述方法包括提供來自第一氣體源的第一氣體；使第一氣體流傳送經過所述樣品腔外部的第一氣流控制閥；將所述第一氣體通過孔注入到所述樣品腔中；利用所述第一氣流控制閥來控制所述樣品腔中的所述第一氣體的壓カ；將束朝向所述樣品腔中的エ件引導，以處理所述エ件；利用設置在所述樣品腔內的第一截止閥來停止所述第一氣體流到所述樣品腔中；提供來自第二氣體源的氣體；將第二氣體傳送經過所述樣品腔外部的第二氣流控制閥；將所述第二氣體通過所述孔注入到所述樣品腔中；利用所述第二氣流控制閥來控制所述樣品腔中的所述第二氣體的壓カ；將束朝向所述樣品腔中的所述エ件引導，以處理所述エ件；以及利用設置在所述樣品腔內的第一截止閥來停止所述第一氣體流到所述樣品腔中。
23.根據權利要求22所述的方法，其中，控制所述第一氣體的流量或控制所述第二氣體的流量包括利用循環閥來調節所述第一氣流或第二氣流。
24.根據權利要求23所述的方法，其中，利用循環閥包括使所述閥以大於每秒一次的速率進行循環。
25.根據權利要求22所述的方法，其中，所述第一閥由脈寬調製電信號驅動。
26.一種用於微束系統的氣體源，所述氣體源包括具有膜並且盛裝產生處理氣體的固態或液態材料的瓶。
27.一種向微束系統提供前體氣體的方法，所述方法包括提供瓶，所述瓶具有密封膜並且盛裝產生處理氣體的固態或液態材料，所述膜將所述固態或液態材料保持在所述瓶中；將中空管插入到所述瓶中，所述中空管由氣體導管連接到閥，所述閥控制來自所述瓶的前體氣體到噴嘴的流量，所述管的插入允許氣體流過所述膜；以及將來自所述噴嘴的氣體引導到真空腔中的樣品表面。
28.根據權利要求27所述的方法，還包括將束朝向所述樣品引導以分解所述前體氣
全文摘要
從多種氣體源進入到束系統的樣品腔中的氣體流由用於每種氣體源的循環閥控制，所述樣品腔中的氣體壓力由閥打開的相對時間以及閥的上遊壓力確定。設置在真空腔內部的氣體閥允許在截止氣體方面快速響應。在一些優選的實施方式中，前體氣體由容器中的固態或液態材料被供應，所述容器在使用時仍保持在所述真空系統外部並且被容易地連接到所述氣體注入系統或從所述氣體注入系統斷開而不存在顯著的洩漏。
文檔編號H01L21/3065GK102597312SQ201080051642
公開日2012年7月18日 申請日期2010年11月16日 優先權日2009年11月16日
發明者C.D.錢德勒, G.哈蒂根, S.蘭多爾夫 申請人:Fei公司