JP6129237B2 - レーザ・アブレーション微細機械加工用の荷電粒子ビーム・マスキング - Google Patents

レーザ・アブレーション微細機械加工用の荷電粒子ビーム・マスキング Download PDF

Info

Publication number
JP6129237B2
JP6129237B2 JP2015111004A JP2015111004A JP6129237B2 JP 6129237 B2 JP6129237 B2 JP 6129237B2 JP 2015111004 A JP2015111004 A JP 2015111004A JP 2015111004 A JP2015111004 A JP 2015111004A JP 6129237 B2 JP6129237 B2 JP 6129237B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
mask
laser beam
laser
directing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015111004A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015164227A (ja
Inventor
マーカス・ストロー
ミロス・トス
マーク・ダブリュー・ウトロート
スティーブン・ランドルフ
マイケル・リソー
Original Assignee
エフ・イ−・アイ・カンパニー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by エフ・イ−・アイ・カンパニー filed Critical エフ・イ−・アイ・カンパニー
Publication of JP2015164227A publication Critical patent/JP2015164227A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6129237B2 publication Critical patent/JP6129237B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21GCONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
    • G21G5/00Alleged conversion of chemical elements by chemical reaction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
    • B23K26/0661Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks disposed on the workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/18Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using absorbing layers on the workpiece, e.g. for marking or protecting purposes
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70383Direct write, i.e. pattern is written directly without the use of a mask by one or multiple beams
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/22Optical, image processing or photographic arrangements associated with the tube
    • H01J37/226Optical arrangements for illuminating the object; optical arrangements for collecting light from the object
    • H01J37/228Optical arrangements for illuminating the object; optical arrangements for collecting light from the object whereby illumination or light collection take place in the same area of the discharge
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36Electric or electronic devices
    • B23K2101/40Semiconductor devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36Electric or electronic devices
    • B23K2101/42Printed circuits
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31749Focused ion beam

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

本発明は全般的には微細構造の製造に関し、より詳細にはレーザ微細機械加工(laser micromachining)に関する。
マイクロスコピック(microscopic)またはナノスコピック(nanoscopic)構造を形成するために基板から材料を除去するプロセスは、微細機械加工(micromachining)、ミリング(milling)またはエッチングと呼ばれる。レーザ・ビームおよび荷電粒子ビームは、微細機械加工に使用される2つの個別の技術である。これらはそれぞれさまざまな用途において利点および限界を有する。
レーザ・システムは、微細機械加工に対して異なるいくつかのメカニズムを使用する。いくつかのプロセスでは、化学反応を誘起させるための熱を基板に供給するためにレーザが使用される。反応は、加熱された領域だけで起こる。熱は、レーザ・ビーム・スポットよりも広い領域に拡散する傾向があり、このプロセスの解像度をレーザ・スポット・サイズよりも低下させる。レーザ微細機械加工において使用される他のメカニズムが光化学エッチングであり、光化学エッチングでは、基板の個々の原子または分子によってレーザ・エネルギーが吸収され、吸収されたレーザ・エネルギーが、それらの原子または分子を、エッチング剤と化学的に反応することができる状態まで励起する。光化学エッチングは光化学的に活性な材料だけに限定される。レーザ加工において使用される他のメカニズムがレーザ・アブレーションであり、レーザ・アブレーションでは、小さな容積に急速に供給されるエネルギーによって、基板を加熱することなく基板から原子が放出される。高速パルス・フェムト秒レーザを使用するレーザ・アブレーションが例えば、Mourouの「Method for Controlling Configuration of Laser Induced Breakdown and Ablation」という名称の米国特許第Re.37,585号に記載されている。フェムト秒レーザ・アブレーションは上述のプロセスの限界のいくつかを解決する。
荷電粒子ビームにはイオン・ビームおよび電子ビームが含まれる。集束ビーム中のイオンは一般に、表面から材料を物理的に放出させることによって微細機械加工する十分な運動量を有する。電子はイオンよりもはるかに軽いため、電子ビームは一般に、エッチング剤蒸気と基板との間の化学反応を誘起させることによって材料を除去することに限定される。イオン・ビームは一般に液体金属イオン源から、またはプラズマ・イオン源によって生成される。荷電粒子ビームのスポット・サイズは、ビーム中の粒子のタイプおよび電流を含む多くの因子に依存する。小電流を有するビームは一般により小さなスポットに集束させることができ、したがって、大電流を有するビームよりも小さな構造を生成することができるが、小電流ビームは、大電流ビームに比べて、構造を微細機械加工するのに時間がかかる。
レーザは一般に、荷電粒子ビームよりもはるかに高い速度で基板にエネルギーを供給することが可能であり、そのため、レーザは一般に、荷電粒子ビームよりもはるかに高い材料除去率を有する。しかしながら、レーザの波長は、荷電粒子ビーム中の荷電粒子の波長よりもはるかに長い。ビームを集束させることができるサイズは、ビームの波長によって一部限定されるため、レーザ・ビームの最小スポット・サイズは一般に、荷電粒子ビームの最小スポット・サイズよりも大きい。A.P.Joglekar他、「Optics at critical intensity:Applications to Nanomorphing」、Proceedings of the National Academy of Science、101巻、16号、5856〜5861ページ(2004年)(「Joglekar他」)は、アブレーションに対する臨界強度に近い約10ピコ秒よりも短いレーザ・パルスを使用すると、波長よりも小さなフィーチャを達成することができることを示している。その結果得られるフィーチャに対するパルス・エネルギーの小さな偏差の影響は、このプロセスの安定した再現性を難しくする。
荷電粒子ビームは一般にレーザ・ビームよりも大きな解像度を有し、極めて小さな構造を微細機械加工することができるが、ビーム電流は限られており、微細機械加工作業が容認できないほど低速になりうる。一方、レーザ微細機械加工は一般にはるかに高速だが、より長いビーム波長によって解像度が本質的に限定される。
レーザのより高速な微細機械加工能力と荷電粒子ビームのより高い精度の両方を利用する1つの方策は、サンプルを逐次的に加工することである。逐次加工は例えば、M.Paniccia他、「Novel Optical Probing and Micromachining Techniques for Silicon Debug of Flip Chip Packaged Microprocessors」、Microelectronic Engineering、46巻(27〜34ページ、1999年)(「Paniccia」)に記載されている。Paniccia他は、材料のバルクを除去するためにレーザ誘起化学エッチングを使用し、次いで最終的なより精密な微細機械加工のために荷電粒子ビームを使用する、半導体フリップ・チップの活性部分にアクセスする、公知の技法を記載している。逐次加工の課題は、より高速だが精度に劣るレーザ微細機械加工をいつ停止し、より精密な荷電粒子ビーム加工をいつ開始するかを決定することにある。レーザ加工の停止が早すぎる場合には、荷電粒子ビームによって除去するのには過剰な材料が残る。レーザ加工の停止が遅すぎる場合には、加工物が損傷する。加工を停止する時期の決定は「エンドポインティング(endpointing)」と呼ばれる。微細機械加工プロセスが第1の材料を完全に切削して第2の材料を露出させた時期を検出するいくつかの方法が知られているが、材料のある変化に到達する前にレーザ加工を停止することが一般的であり、そのため、終点(エンドポイント)を決定することはより難しい。
サンプルを最初にレーザで加工し、次いで粒子ビームで加工する逐次加工には利点もあるが、エンドポインティングの問題およびレーザ加工本来の比較的に低い解像度の問題が残されている。
米国特許第Re.37,585号 米国特許出願第10/664,247号 米国特許出願第61/079,304号 米国特許出願第11/766,680号 米国特許第6,753,538号 米国特許第4,609,809号 米国特許第6,977,386号 特開2006−005110号公報 特開2008−078634号公報 特開昭59−104287号公報
A.P.Joglekar他、「Optics at critical intensity:Applications to Nanomorphing」、Proceedings of the National Academy of Science、101巻、16号、5856〜5861ページ(2004年) M.Paniccia他、「Novel Optical Probing and Micromachining Techniques for Silicon Debug of Flip Chip Packaged Microprocessors」、Microelectronic Engineering、46巻(27〜34ページ、1999年) Handbook of Charged Particle Beam Optics、Jon Orloff編、CRC Press社刊(1997年)
本発明の目的は、改良されたレーザ加工法を提供することにある。
好ましい一実施形態は、それを通してサンプルをレーザ・ビームで露光するマスクを提供することを含む。このマスクは、従来のレーザ・ビーム加工によって一般に達成可能なマスク解像度よりも高いマスク解像度を提供し、それによって、マスクを使用しないレーザ加工によって可能な解像度よりも高い解像度でのサンプルの加工を可能にするプロセスによって製造される。
以上では、以下の本発明の詳細な説明をより理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり広く概説した。以下では、本発明の追加の特徴および利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の同じ目的を達成する他の構造を変更しまたは設計するベースとして容易に利用することができることを当業者は理解されたい。さらに、このような等価の構造は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱しないことを当業者は理解されたい。
次に、本発明および本発明の利点のより徹底的な理解のため、図面に関連して書かれた以下の説明を参照する。
本発明とともに使用されるビーム・システムを示す図である。 本発明の好ましい実施形態のステップの流れ図である。 本発明の好ましい実施形態に従って変形されるサンプル基板の断面を示す図である。 マスクの一部分をその上に付着させた図3Aの基板を示す図である。 サンプル基板のレーザ・アブレーションされた領域を示す図である。 マスクを除去した後の加工された基板を示す図である。 FIBおよび[TEOS+H2O]付着前駆体によってシリコン基板上に付着させ、続いて超短パルス・レーザの集束ビームで機械加工したCおよびGaドープSiOxマスクを示す、本発明の好ましい一実施形態の方法の結果の画像である。 その下のシリコン基板にレーザ・アブレーションによる損傷がないことを明らかにするための断面部分をさらに示す、図4の結果の画像である。
当業者は、特に本明細書に提供された例を考慮して、多くの代替実施形態に容易に気づくであろうが、この詳細な説明は、本発明の好ましい実施形態を例示するものであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
本発明の好ましい実施形態は、荷電粒子ビーム加工などのプロセスによって高解像度マスクを製造する。続いて、このマスクを通して加工物をレーザ・ビームで露光する。この
マスクは、このレーザ・ビーム露光に対して加工物の一部分を遮蔽し、または制限する。このマスクは、加工物の表面に直接に製造されることが好ましい。この出願では用語「加工物(work piece)」、「サンプル(sample)」および「試料(specimen)」が相互に交換可能に使用される。
好ましい一実施形態では、荷電粒子ビーム誘起付着を使用して、加工物の表面にマスクを直接に付着させる。次いで、加工物の表面に向かって超短レーザ・パルスを誘導する。レーザ・ビームの直径は一般にマスクのフィーチャ・サイズよりも大きいため、レーザ・ビームは、マスクされた領域とマスクされていない領域の両方に当たるが、マスク材料とサンプルとではアブレーションしきい値に差があるため、加工サンプルに対するレーザ・ビームの効果は、マスクされた領域とマスクされていない領域とで異なる。この差を使用して構造を生成する。生成されるフィーチャの解像度はマスクの解像度に依存するため、本発明の実施形態は一般に、従来のレーザ微細機械加工に比べて改良された横方向解像度およびアスペクト比を有するフィーチャの製造を提供する。
ともに真空室内にあるサンプルにビームを誘導する荷電粒子ビーム・カラムとレーザ・システムとを含む装置を使用して、本発明のいくつかの実施形態を実行することができる。これらのビームはおおよそ同期することが好ましい。レーザ源と荷電粒子ビーム源の両方を含む単一システムが、本発明の譲受人であるFEI Company社(米オレゴン州Hillsboro)に譲渡された米国特許出願第10/664,247号に記載されている。他の実施形態では、1つのシステムでマスクを適用し、真空を必要としないレーザ加工を、別のシステムで実行することができる。
図1は、本発明の好ましい一実施形態とともに使用されるシステム100を示す。レーザ102は、基板材料106とマスク108とを含むサンプル104にビーム103を誘導する。マスクは、荷電粒子ビーム誘起付着など適当な任意の方法によって製造することができる。レーザ102は、機械加工中の材料のアブレーションしきい値よりも大きなフルエンス(fluence)で動作させることができることが好ましい。サンプル104は一般に精密ステージ109上に配置され、精密ステージ109は、サンプルをX−Y平面内で平行移動させることができることが好ましく、さらに加工物をZ軸方向にも平行移動させることができ、加えて、3次元構造を製造する際の融通性を最大化するためにサンプルを傾け、回転させることができるとより好ましい。システム100は、任意選択で、マスク108を付着させるため、あるいは他の加工または画像化タスクに使用することができる電子ビーム・カラム(column)、イオン・ビーム・カラムまたはこれら両方など、1つまたは複数の荷電粒子ビーム・カラム130を含む。荷電粒子ビーム130は一般に、荷電粒子源132と、荷電粒子源からの荷電粒子のビームを形成し、その荷電粒子ビームを基板表面に集束させ、走査する集束カラム134と、サンプル104の画像を形成する、一般的にはシンチレータ−光電子増倍管検出器である2次粒子検出器136と、荷電粒子ビームの存在下で反応する前駆体ガスを供給するガス噴射システム138とを含む。
荷電粒子ビーム・カラム130または2次粒子検出器136が使用されるときには、基板が真空中に維持される。機械加工プロセスの完了の時期を判定するために、いくつかの実施形態では、追加の検出器110が、X線または他の光子など、サンプル104からの放出112を検出する。放出112は、マスク108または基板材料106が除去されたとき、または露出したときに変化する。このようなエンドポインティング・プロセスは、参照によって本明細書に組み込まれる2009年7月9日出願の「Method and Apparatus for Laser Machining」という名称の米国特許出願第61/079,304号に記載されている。コンピュータ120はシステム100を制御し、ディスプレイ122はサンプルの画像をユーザに対して表示する。
図2は、本発明の好ましい一実施形態のステップを示す流れ図である。ステップ202では、例えば付加的(additive)または低減的(reductive)技法を使用して基板の表面にマスクが生成される。付加的技法を使用する場合には、例えばeビームまたはFIB誘起付着を使用して、所望のパターンのマスク材料を基板表面に直接に付着させる。低減的方法は、マスク材料を全面に配置し、続いて、例えばFIBまたは電子ビーム・エッチングあるいはフォトリソグラフィを使用して材料を除去することによって、パターンを形成することを含む。マスクの形成に使用することができる他の技法には、例えば荷電粒子ビーム付着またはフォトリソグラフィを使用して付着させた導体パターン上への電着などがある。後続のレーザ・アブレーション・プロセスによって機械加工されるフィーチャの横方向解像度およびアスペクト比を向上させるため、マスクは、基板の表面に直接に製造されることが好ましい。
加工物上に直接に配置されたマスクでは、マスク材料のアブレーションしきい値が、微細機械加工される基板材料のアブレーションしきい値よりも高いことが好ましい。さらに、マスクを通してその下の基板が損傷することを防ぐため、マスクの光透過率は十分に低いことが好ましい。すなわち、マスク材料は、入射レーザ放射を透過せず、入射レーザ放射を反射し、マスク材料が入射レーザ放射による影響を受けないことが好ましい。マスクの透過率は、マスキング材料の組成と厚さの両方によって制御される。マスクはレーザの影響を受けないことが望ましいとはいえ、いくつかの実施形態では、マスクはレーザの影響を受ける。しかし、微細機械加工作業の間、基板の損傷を防ぐのに十分な頑健性をマスクは有する。
好ましい実施形態は、「階層(graded)」構造を含むマスク、すなわち、光透過量に影響を与える厚さ、材料、密度または他の特性の程度がマスクの領域によって異なるマスクを生成することを含む。これらのマスク特性は、レーザ加工によってマスクが除去されないような特性、またはレーザ加工によってマスクが除去される場合には、保護されていない基板の加工が完了するまでマスクの下の基板が保護されるような十分に遅い速度でマスクが除去されるような特性であることが好ましい。これらのマスク特性を、3次元構造を生成するように制御することができる。例えば、レーザによってある微細機械加工期間後にマスクの部分が除去され、それにより、次いで、それらのマスク部分の下の基板を加工することができ、その結果、加工が開始された後に露出した領域の方が、加工開始時にマスクされていなかった領域よりも加工量が小さくなるように、マスクの異なる領域の厚さを変化させ、またはマスクの異なる領域を異なる材料から形成することができる。
好ましい一実施形態では、このマスクが、本発明の譲受人であるFEI Company社(米オレゴン州Hillsboro)に譲渡された、参照によって本明細書に組み込まれる「High Resolution Plasma Etch」という名称の米国特許出願第11/766,680号に記載されているとおりに製造される。米国特許出願第11/766,680号に記載されているとおり、基板表面の一部分をマスクする保護層を製造するために、好ましくは1nmから100μm、より一般的には1nmから10nmの範囲のビーム直径を有する集束ビームが使用される。この荷電粒子ビーム法は一般に、フォトリソグラフィ手段によって利用可能な鮮明度よりも高い鮮明度の保護層を生成する。荷電粒子ビーム付着を使用してマスクを付着させるため、あるいはスパッタリング、プラズマ付着、化学蒸着、物理蒸着プロセス、または一般にフォトレジストを塗布することによって実行されているように回転している基板上に液体マスク材料を注ぎ込むプロセスなどのプロセスを使用して予め付着させた層をパターン形成するために、この荷電粒子ビームを使用することができる。米国特許出願第11/766,680号に記載されたビーム・プロセスは、基板表面に、精密に画定された保護マスク・パターンを生成する。例えば、ビーム付着は、約10nm未満の線幅などの表面フィーチャを生成することができる。
電子ビーム誘起付着法は例えば、参照によって本明細書に組み込まれるMusil他の「Electron Beam Processing」という名称の米国特許第6,753,538号に記載されている。米国特許第6,753,538号は、電子ビームの存在下で分解して表面に適当な材料を残す前駆体ガス中で化学反応を誘起させることによって材料を付着させるために、電子ビームを使用することを記載している。好ましい付着前駆体ガスには例えば、炭素保護マスクを付着させるためのスチレン(C65CH=CH2)、およびH2Oなどの酸素ベースの炭素エッチング前駆体に対して抵抗性の高タングステン含量保護マスクを付着させるためのWF6(六フッ化タングステン)またはW(CO)6(タングステンカルボニル)などがある。酸化物層を付着させることができる前駆体ガスには例えば、酸化シリコン保護マスクを付着させるTEOS(オルトケイ酸テトラエチル)などがある。電子ビーム付着用の前駆体はこの他にも知られており、それらも同様に使用することができる。その例には、それぞれ高GaN含量マスクおよび高Pt含量マスクを付着させるための過重水素化(perdeuterated)アジ化ガリウム(D2GaN3)およびPt(PF34(テトラキス(トリフルオロホスファン)白金)などがある。
あるいは、保護マスクを形成する材料を付着させるために、イオン・ビームを使用することもできる。あるイオン・ビーム付着プロセスでは、表面に向かってガスが誘導され、一般に液体金属ガリウム・イオン源からのガリウム・イオンを含む微細に集束させたイオン・ビームまたは焦点をずらした(defocused)イオン・ビームが、基板表面に吸収されたガス分子を分解し、不揮発性分解生成物を付着させる。FIBを使用して金属材料を付着させるプロセスが、Yamaguchi他の「Method And Apparatus For Correcting Delicate Wiring of IC Device」という名称の米国特許第4,609,809号に記載されており、米国特許第4,609,809号は、タングステン前駆体ガス化合物をFIBの存在下で使用して、基板表面にタングステンを付着させることを記載している。FIBの存在下で分解して材料を付着させる、本発明とともに使用することができる他の前駆体ガスは例えば、Handbook of Charged Particle Beam Optics、Jon Orloff編、CRC Press社刊(1997年)に記載されている。イオン・ビームは例えば、本発明の譲受人に譲渡されたGerlach他の「Angular Aperture Shaped Beam System and Method」のという名称の米国特許第6,977,386号に記載されているとおりに一点に集束させ、または成形することができる。本明細書で使用される用語「集束ビーム」は成形ビームを含む。
ステップ204では、基板の微細機械加工される領域に向かってレーザ・ビームが誘導され、レーザ・アブレーションによって基板が改変される。アブレーションしきい値は、その基板材料の固有の特性であり、当業者は、経験的に、または文献から、さまざまな材料のアブレーションしきい値を容易に決定することができる。例えばシリコン基板は、約170mJ/cm2の単一パルス・アブレーションしきい値を有し、そのため、本発明に従ってシリコンを微細機械加工するためには、好ましくは、レーザ・フルエンスがこの値よりも少し高くなければならない。好ましいレーザ・ビームは、10nJから1mJの範囲のエネルギー、および0.1J/cm2から100J/cm2の範囲のフルエンスを有する。シリコン基板をミリングする好ましい一実施形態では、レーザ・ビームが、150mJ/cm2のフルエンス、150フェムト秒のパルス幅および2μmのスポット・サイズを有する。他の実施形態では、レーザ・ビームが、30nJのエネルギーおよび0.4J/cm2のフルエンスを有する。
本発明の実施形態は、十分なフルエンスを供給する、既存のまたは今後開発される、任意のタイプのレーザを使用することができる。好ましいレーザは、短い、すなわちナノ秒からフェムト秒のパルス・レーザ・ビームを供給する。適当なレーザには例えば、Ti:サファイア発振器または増幅器、ファイバ・ベースのレーザ、あるいはイッテルビウムまたはクロム・ドープ薄ディスク・レーザなどがある。
任意選択で、微細機械加工が完了したか否かを判定するために、米国特許出願第61/079,304号に記載されているプロセスのうちの1つのプロセスなどの「エンドポインティング」プロセスが使用される。例えば、埋没した材料を露出させるためにレーザが使用されている場合、レーザ微細機械加工が被覆材料を完全に切削し、またはほぼ完全に切削したことを、放出における変化を用いて知ることができる。放出の変化が、レーザ微細機械加工が被覆材料またはマスクを完全に切削し、またはほぼ完全に切削したことを示している場合、例えばレーザ・ビームを停止し、パルスあたりのフルエンスなどレーザのパラメータを変更し、ガス流量を変更し、電子またはイオン・ビームを停止し、あるいはサンプルを支持するステージを移動させることによって、このプロセスは変更される。連続的にまたは周期的に放出を監視することができる。放出を周期的に監視する場合には、監視期間と監視期間の間に被覆材料が完全に除去された場合のその下の材料の許容できない損傷を防ぐため、周期は十分に短くすべきである。いくつかの実施形態では、レーザ微細機械加工のエンドポインティング信号を生成するために、電子ビームなどの荷電粒子ビームを使用することができる。この電子ビームは例えば、レーザ・アブレーションの間、レーザ・ビームと同期させることができ、レーザ・ビームと同時にまたはレーザ・ビームと逐次的に使用することができる。陰極ルミネセンスまたは後方散乱電子がエンドポインティング信号として使用される場合には、エンドポインティングの「先取り(look−ahead)」能力を調整するために、電子ビーム・エネルギーを調整することができる。判断ステップ206は、加工物を画像化することによって、放出を観察することによって、あるいは所定の時間が経過した、または所定量のレーザ・エネルギーが送達されたと判定することによって、微細機械加工が完了したかどうかを判定する。微細機械加工が完了していない場合、任意選択で、ステップ204からこのプロセスを続けることができる。
任意選択のステップ207は、例えばマスクを選択的にエッチングし、実質的に影響を与えずに基板を残すウェットまたはドライ・エッチング・プロセスを使用して、マスクを除去することを含む。このために、マスキング材料は、選択的に除去することができるようにエッチングされることが好ましい。例えば、基板がSiまたはSiOx、マスクが炭素化合物でできている場合には、例えばその下のSiOxを傷つけることなく炭素マスクを選択的に除去する「ピラニア(piranha)」ウェット・エッチング・プロセスまたは酸素プラズマ・ドライ・エッチング・プロセスを含むex situ非局在(delocalized)選択化学エッチングを使用して、マスクを除去することができる。ピラニア・エッチングは一般に、98% H2SO4(硫酸)と30% H22(過酸化水素)の体積比2〜4:1の混合物を含む。この混合物がピラニアと呼ばれるのは、一般にエッチングのための後続のHFの使用に備えて有機物を除去するその旺盛な除去能力のためである。SF6、CHF3、CF4などと酸素とを混合したフッ化ガス・プラズマも、約2 .4:1程度で、シリコン基板上のタングステン・マスクを選択的にエッチングすることが知られており、上で論じられたような適当な材料が使用される場合、これらのプラズマもこのステップ206に対して考慮される。反対に、マスク材料がSiOx、基板がシリコンである場合には、マスクを選択的に除去するために、HFウェット・エッチングまたは緩衝酸化物エッチング(buffered oxide etch)を使用することができる。CF4とCHF3のブレンドなどのフルオロカーボン・ガスを使用した適当なガス混合比を使用して、露出したシリコンに対する相当に高い選択性で、SiOxを優先的にドライ・エッチングすることができる。
図3Aから3Dは、図2の流れ図のステップの結果を示す。図3Aは、加工される基板300を示す。図3Bは、基板300上にマスク302の一部が付着された、ステップ202の結果を示す。マスク302は、レーザによる機械加工を受ける部分304と、レーザ加工ステップの全期間、基板を保護するのに十分な頑健性を有する部分306とを有する。基板300は、マスクされていない領域308と、マスク部分306によって覆われたマスクされた領域310と、加工の間、基板を部分的にしか保護しないマスク部分304によって覆われたマスクされた領域312とを含む。図3Cは、レーザ318が、マスクされていない領域308に所定の深さの穴320を機械加工し、領域312に、領域308の穴よりも浅い所定の深さの穴322を機械加工した、ステップ204のプロセスの結果を示す。マスク302の部分306は、レーザ・ビームによる損傷を本質的に受けておらず、その下の基板領域310は無傷である。レーザ・ビーム318の直径は穴320および穴322の直径よりも大きく、レーザ・ビームの解像度よりも高い解像度を有するフィーチャの生成を示している。示された実施形態では、他の穴320および穴322を機械加工するために、図3Cに示された位置から右へレーザ・ビーム318が走査される。あるいは、走査なしで穴320および穴322を機械加工するより幅の広いビームを使用することもできる。基板材料を除去するのに十分なフルエンスを提供するため、ビームの直径は十分に小さいことが好ましい。図3Dは、基板からマスクが選択的に除去された、任意選択のステップ207の結果を示す。
図4および5は、FIBおよびTEOSと水蒸気の混合物からなる付着前駆体によって、CおよびGaドープ非晶質SiOxマスク・ライン402をシリコン基板400上に付着させた、本発明の好ましい一実施形態に基づく実験の結果を示す。次いで、超短パルス(USP)フェムト秒レーザの集束ビームを使用して、マスク・ライン402を横切ってライン404を除去した。図5は特に、その下のSi基板400にレーザ・アブレーション・プロセスによる損傷がないことを明らかにするためのCおよびGaドープ非晶質SiOxマスク・ライン402の断面500を示す。図4および5に示されたレーザ機械加工されたライン404は、最適化された近しきい値(near−threshold)微細機械加工に特徴的な熱損傷に比べてはるかに大きい顕著な熱損傷を示していることが分かる。この過度の損傷は、(マスク−基板界面のTEMよりもむしろ)デュアル・ビーム・システムでの断面画像化によって、このマスキング技法の有効性を示すのに有効である。
本発明の好ましい方法または装置は多くの新規の態様を有する。本発明は、さまざまな目的のためにさまざまな方法または装置として具体化することができるため、全ての実施形態に全ての態様が存在する必要はない。また、記載された実施形態の態様の多くは別々に特許を受けることができる。
超高速パルス・レーザを使用したレーザ・アブレーションとともにマスクを使用することを説明したが、例えば光化学加工のような他のタイプのレーザ加工の解像度を向上させるために、マスクを使用することもでき、このとき、マスクは、レーザ・エネルギーからまたはエッチング化学剤との接触から基板を遮蔽する。熱誘起レーザ反応では、後に除去することができるマスク上でその反応を生じさせることによって、または反応物から基板を遮蔽することによって、マスクが、基板での反応を防ぐことができる。さらに、例えば、後に除去されるマスク上に材料を付着させることによって、または反応物が加熱された基板に到達することを防ぐ透明なマスクを使用することによって、マスクをレーザ付着プロセスとともに使用することもできる。
いくつかの実施形態では、石英基板などの加工物以外の基板上にマスクを製造し、加工物と接触するように配置することもできる。加工物がマスクの近接場、すなわち加工物から約1波長未満の距離にあるように、マスクを配置することもできる。除去された材料がマスク上に堆積する可能性が高いため、別個の接触または近接マスクは好ましくない。加工物からさらに離してマスクを配置し、次いでそのマスクに通して、またはそのマスクから反射させて、レーザを加工物上に誘導し、加工物表面から材料を除去することもできる。
あるスポット・サイズを有するレーザ・ビームを使用して、基板上に、マイクロスコピックまたはナノスコピック構造を形成する本発明の好ましい実施形態は、荷電粒子ビーム・アシスト付着を使用して、基板上にマスク・パターンを付着させるステップであり、荷電粒子ビームがサブミクロン(sub−micron)のスポット・サイズを有するステップと、基板表面に向かって超高速パルス・レーザ・ビームを誘導するステップであり、レーザ・ビームが、荷電粒子ビームのスポット・サイズよりも大きなスポット・サイズを有し、レーザ加工によって基板内にフィーチャを生成するために、レーザ・ビームが、マスクによって覆われていない基板の部分を加工し、マスクが、マスクによって覆われた基板の部分を保護し、基板内のフィーチャがレーザ・スポット・サイズよりも小さいステップとを含む。
好ましい実施形態はさらに、基板表面に前駆体ガスを供給し、前駆体ガスを解離させ、マスキング材料を付着させるために、基板表面に、集束イオン・ビームまたは集束電子ビームを誘導することによって、荷電粒子ビーム・アシスト付着を使用して、基板上にマスク・パターンを付着させるステップを含む。好ましくは、このマスク・パターンが、レーザ・ビームによるマスクの下の基板に対する損傷を防ぐのに十分な量のレーザ放射を吸収し、かつ/またはレーザ・ビームによるマスクの下の基板に対する損傷を防ぐのに十分な量のレーザ放射を反射する。好ましくは、マスクを形成するために複数の材料層を付着させることができる。好ましくは、マスク・パターンを付着させるステップが、マスク・パターンの少なくとも1つの領域の特性が、マスク・パターンの他の領域の特性とは異なるマスク・パターンを付着させるステップを含み、前記少なくとも1つの領域に対応する基板の加工を異ならせるために、前記少なくとも1つの領域の前記異なる特性が、ある異なるレベルの保護を基板に提供する。
好ましい実施形態はさらに、基板表面に向かって超高速パルス・レーザ・ビームを誘導するステップを含む。好ましくは、レーザ・ビームが、基板材料を除去するのに十分なフルエンスを有する。レーザは、フェムト秒レーザまたはピコ秒レーザとすることができる。
あるスポット・サイズを有するレーザ・ビームを使用して、基板上に、マイクロスコピック構造を形成する本発明の好ましい実施形態は、レーザ・ビーム・スポット・サイズよりも小さなマスク・フィーチャを生成することができる製造プロセスを使用して、基板表面にマスクを形成するステップと、基板表面に向かってレーザ・ビームを誘導するステップであり、レーザ・ビームが、マスクの最小設計フィーチャよりも大きなスポット・サイズを有し、マスクが、レーザ加工によって基板内にフィーチャを生成するためにマスクによって覆われた基板の部分を保護し、加工された基板内のフィーチャが、レーザ・ビーム・スポット・サイズよりも小さいステップとを含む。
好ましい実施形態は、電子ビーム・アシスト付着またはイオン・ビーム・アシスト付着を使用することによって、基板表面にマスクを形成するステップを含む。好ましい実施形態はさらに、フォトリソグラフィを使用することによって基板表面にマスクを形成するステップを含む。好ましくは、基板表面にマスク・パターンを形成するステップが、レーザ・ビームによるマスクの下の基板に対する損傷を防ぐのに十分な量のレーザ放射を吸収するパターンを付着させるステップ、あるいはレーザ・ビームによるマスクの下の基板に対する損傷を防ぐのに十分な量のレーザ放射を反射するマスク・パターンを形成するステップを含む。
本発明の好ましい実施形態は、基板材料を選択的に除去し、基板のマスクされた部分を保護するためにマスク材料を残すように、基板表面に向かってレーザ・ビームを誘導するステップを含む。好ましいいくつかの実施形態では、化学反応を開始させるために基板の一部分を加熱するため、かつ/または光化学反応を開始させるために、レーザ・ビームが基板表面に向かって誘導される。好ましいいくつかの実施形態では、レーザが、マスクによって覆われてない基板の領域から材料を除去する。
あるスポット・サイズを有するレーザ・ビームを使用して、基板上に、マイクロスコピック構造を形成する本発明の好ましい実施形態は、レーザ・ビーム・スポット・サイズよりも小さなマスク・フィーチャを生成することができる製造プロセスを使用して、マスクを形成するステップと、レーザ・アブレーションによって基板内にフィーチャを生成するために、マスクに向かってレーザ・ビームを誘導し、次いで基板表面にレーザ・ビームを誘導するステップであり、レーザ・ビームが、マスクの最小設計フィーチャよりも大きなスポット・サイズを有し、ビームが、加工された基板内に、レーザ・ビーム・スポット・サイズよりも小さいフィーチャを生成し、マスクが、基板の部分が除去されることを防ぐステップとを含む。
基板表面にマイクロスコピック構造を製造するシステムの本発明の好ましい実施形態は、荷電粒子システム(この荷電粒子ビームは、荷電粒子源と、荷電粒子源からの荷電粒子のビームを形成し、荷電粒子ビームを基板表面に集束させ、走査する集束カラムと、荷電粒子ビームの存在下で反応する前駆体ガスを供給するガス噴射システムとを有する)と、超高速パルス・レーザ・カラムと、基板表面にマスクを形成するために、前駆体ガスの存在下で荷電粒子ビームをあるパターンに誘導し、基板のマスクされていない領域を加工するようにレーザ・ビームを誘導するようプログラムされたコンピュータとを備える。
本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解されたい。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する既存のまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。
100 システム
102 レーザ
103 ビーム
104 サンプル
106 基板材料
108 マスク
109 精密ステージ
110 検出器
112 放出
120 コンピュータ
122 ディスプレイ
130 荷電粒子ビーム・カラム
132 荷電粒子源
134 集束カラム
136 2次粒子検出器
138 ガス噴射システム
300 基板
302 マスク
304 マスク部分
306 マスク部分
308 マスクされていない領域
310 マスクされた領域
312 マスクされた領域
318 レーザ・ビーム
320 穴
322 穴
400 Si基板
402 CおよびGaドープ非晶質SiOxマスク・ライン
404 レーザ機械加工されたライン

Claims (26)

  1. あるスポット・サイズを有するレーザ・ビームを使用して、第1のアブレーションしきい値を有する材料の基板上に、マイクロスコピックまたはナノスコピック構造を形成する方法であって、
    荷電粒子ビーム・アシスト付着を使用して、前記基板上に前記第1のアブレーションしきい値よりも高い第2のアブレーションしきい値を有する材料のマスクのパターンを付着させるステップであり、前記荷電粒子ビームがサブミクロンのスポット・サイズを有し、前記マスクが、前記マスクによって覆われた前記基板の部分を保護する、ステップと、
    前記基板表面に向かって超高速パルス・レーザ・ビームを誘導するステップであり、前記レーザ・ビームが、前記荷電粒子ビームの前記スポット・サイズよりも大きなスポット・サイズおよび前記第1のアブレーションしきい値以上のフルエンスを有し、前記基板内にフィーチャを生成するために、前記レーザ・ビームが、前記マスクによって覆われていない前記基板の部分を加工し、前記基板内に生成された前記フィーチャが、前記レーザ・ビームのスポット・サイズよりも小さな寸法を有する、ステップと
    を含む方法。
  2. 荷電粒子ビーム・アシスト付着を使用して、前記基板上にマスクのパターンを付着させるステップが、前記基板表面に前駆体ガスを供給するステップと、前記前駆体ガスを解離させ、マスキング材料を付着させるために、前記基板表面に、集束イオン・ビームまたは集束電子ビームを誘導するステップとを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記基板表面に向かって超高速パルス・レーザ・ビームを誘導するステップが、前記基板材料を除去するのに十分なフルエンスを有する超高速パルス・レーザ・ビームを前記基板に向かって誘導するステップを含む、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記基板表面に向かって超高速パルス・レーザ・ビームを誘導するステップが、前記マスクの材料を除去するのに不十分なフルエンスを有する超高速パルス・レーザ・ビームを前記基板に向かって誘導するステップを含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記基板上にマスクのパターンを付着させるステップが、前記レーザ・ビームによる前記マスクの下の前記基板に対する損傷を防ぐのに十分な量のレーザ放射を吸収するパターンを付着させるステップを含む、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
  6. 前記基板上にマスクのパターンを付着させるステップが、前記レーザ・ビームによる前記マスクの下の前記基板に対する損傷を防ぐのに十分な量のレーザ放射を反射するパターンを付着させるステップを含む、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
  7. 前記基板表面に向かって超高速パルス・レーザ・ビームを誘導するステップが、フェムト秒レーザまたはピコ秒レーザを誘導するステップを含む、請求項1から6のいずれかに記載の方法。
  8. 前記基板上にマスクのパターンを付着させるステップが、前記マスクを構成する、層数が複数である材料層を付着させるステップを含む、請求項1から7のいずれかに記載の方法。
  9. 前記基板上にマスクのパターンを付着させるステップが、マスクのパターンの少なくとも1つの領域の特性が、マスクのパターンの他の領域の特性とは異なるマスクのパターンを付着させるステップを含み、前記少なくとも1つの領域に対応する前記基板の加工を異ならせるために、前記少なくとも1つの領域の前記異なる特性が、ある異なるレベルの保護を前記基板に提供する、請求項1から8のいずれかに記載の方法。
  10. あるスポット・サイズを有するレーザ・ビームを使用して、第1のアブレーションしきい値を有する材料の基板上に、マイクロスコピック構造を形成する方法であって、
    前記レーザ・ビームのスポット・サイズよりも小さなマスク・フィーチャを生成することができる製造プロセスを使用して、前記基板の表面に前記第1のアブレーションしきい値よりも高い第2のアブレーションしきい値を有する材料のマスクを形成するステップと、
    前記基板の表面に向かって前記レーザ・ビームを誘導するステップであり、前記レーザ・ビームが、前記マスクの最小設計フィーチャよりも大きなスポット・サイズおよび前記第1のアブレーションしきい値以上のフルエンスを有し、前記マスクが、レーザ加工によって前記基板内にフィーチャを生成するために前記マスクによって覆われた前記基板の部分を保護し、前記加工された基板内の前記フィーチャが、前記レーザ・ビームのスポット・サイズよりも小さい、ステップと
    を含む方法。
  11. 前記レーザ・ビームが、前記基板の材料を除去するのには十分で、前記マスクの材料を除去するのには十分でないフルエンスを有する、請求項10に記載の方法。
  12. 前記基板の表面にマスクを形成するステップが、電子ビーム・アシスト付着またはイオン・ビーム・アシスト付着を使用してマスクを形成するステップを含む、請求項10に記載の方法。
  13. 前記基板の表面にマスクを形成するステップが、フォトリソグラフィを使用してマスクを形成するステップを含む、請求項10に記載の方法。
  14. 前記基板の表面にマスクを形成するステップが、前記レーザ・ビームによる前記マスクの下の前記基板に対する損傷を防ぐのに十分な量のレーザ放射を吸収するパターンを付着させるステップを含む、請求項10から13のいずれかに記載の方法。
  15. 前記基板の表面にマスクを形成するステップが、前記レーザ・ビームによる前記マスクの下の前記基板に対する損傷を防ぐのに十分な量のレーザ放射を反射するパターンを付着させるステップを含む、請求項10から13のいずれかに記載の方法。
  16. 前記基板の表面に向かって前記レーザ・ビームを誘導するステップが、前記基板の表面に向かって超高速パルス・レーザ・ビームを誘導するステップを含む、請求項10から15のいずれかに記載の方法。
  17. 前記基板の表面に向かって前記レーザ・ビームを誘導するステップが、フェムト秒レーザまたはピコ秒レーザを誘導するステップを含む、請求項10から16のいずれかに記載の方法。
  18. 前記基板の表面にマスクを形成するステップが、前記マスクを構成する、層数が複数である材料層を付着させるステップを含む、請求項10から17のいずれかに記載の方法。
  19. 前記基板の表面に向かって前記レーザ・ビームを誘導するステップが、前記基板の材料を選択的に除去し、前記基板のマスクされた部分を保護するためにマスク材料を残すステップを含む、請求項10から18のいずれかに記載の方法。
  20. 前記基板の表面に向かってレーザ・ビームを誘導するステップが、化学反応を開始させるために前記基板の一部分を加熱するステップを含む、請求項10から19のいずれかに記載の方法。
  21. 前記基板の表面に向かってレーザ・ビームを誘導するステップが、光化学反応を開始させるステップを含む、請求項10から20のいずれかに記載の方法。
  22. 前記基板の表面に向かってレーザ・ビームを誘導するステップが、前記マスクによって覆われてない前記基板の領域から材料を除去するステップを含む、請求項10から21のいずれかに記載の方法。
  23. あるスポット・サイズを有するレーザ・ビームを使用して、第1のアブレーションしきい値を有する材料の基板上に、マイクロスコピック構造を形成する方法であって、
    前記レーザ・ビームのスポット・サイズよりも小さなマスク・フィーチャを生成することができる製造プロセスを使用して、前記第1のアブレーションしきい値よりも高い第2のアブレーションしきい値を有する材料のマスクを形成するステップと、
    レーザ・アブレーションによって前記基板内にフィーチャを生成するために、前記マスクに向かって前記レーザ・ビームを誘導し、次いで前記基板の表面に前記レーザ・ビームを誘導するステップであり、前記レーザ・ビームが、前記マスクの最小設計フィーチャよりも大きなスポット・サイズおよび前記第1のアブレーションしきい値以上のフルエンスを有し、前記ビームが、前記加工された基板内に、前記レーザ・ビームのスポット・サイズよりも小さい寸法を有するフィーチャを生成し、前記マスクが、前記基板の部分が除去されることを防ぐ、ステップと
    を含む方法。
  24. 第1のアブレーションしきい値を有する材料の基板の表面にマイクロスコピック構造を製造するシステムであって、
    荷電粒子システム
    を備え、前記荷電粒子システムが、
    荷電粒子源と、
    前記荷電粒子源からの荷電粒子のビームを形成し、前記荷電粒子ビームを前記基板の表面に集束させ、走査する集束カラムと、
    前記荷電粒子ビームの存在下で反応する前駆体ガスを供給するガス噴射システムと
    を含み、
    マイクロスコピック構造を製造するシステムがさらに、
    超高速パルス・レーザ・カラムと、
    前記基板の表面に前記第1のアブレーションしきい値よりも高い第2のアブレーションしきい値を有する材料のマスクを形成するために、前記前駆体ガスの存在下で前記荷電粒子ビームをあるパターンに誘導し、前記超高速パルス・レーザ・カラムから前記基板の表面に誘導されるレーザ・ビームであって前記第1のアブレーションしきい値以上のフルエンスを有する前記レーザ・ビームのスポット・サイズよりも小さな寸法を有するフィーチャを前記基板上に生成するために、前記基板のマスクされていない領域を加工するように前記レーザ・ビームを誘導するようプログラムされたコンピュータと
    を備えるシステム。
  25. 前記レーザがフェムト秒レーザまたはピコ秒レーザである、請求項24に記載のシステム。
  26. 前記コンピュータが、前記基板のマスクされた領域を加工するようにレーザ・ビームを誘導するようプログラムされた、請求項24または25に記載のシステム。
JP2015111004A 2008-11-26 2015-05-31 レーザ・アブレーション微細機械加工用の荷電粒子ビーム・マスキング Active JP6129237B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/324,296 US8168961B2 (en) 2008-11-26 2008-11-26 Charged particle beam masking for laser ablation micromachining
US12/324,296 2008-11-26

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009265773A Division JP5756584B2 (ja) 2008-11-26 2009-11-21 レーザ・アブレーション微細機械加工用の荷電粒子ビーム・マスキング

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015164227A JP2015164227A (ja) 2015-09-10
JP6129237B2 true JP6129237B2 (ja) 2017-05-17

Family

ID=41721203

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009265773A Active JP5756584B2 (ja) 2008-11-26 2009-11-21 レーザ・アブレーション微細機械加工用の荷電粒子ビーム・マスキング
JP2015111004A Active JP6129237B2 (ja) 2008-11-26 2015-05-31 レーザ・アブレーション微細機械加工用の荷電粒子ビーム・マスキング

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009265773A Active JP5756584B2 (ja) 2008-11-26 2009-11-21 レーザ・アブレーション微細機械加工用の荷電粒子ビーム・マスキング

Country Status (3)

Country Link
US (2) US8168961B2 (ja)
EP (1) EP2191927B1 (ja)
JP (2) JP5756584B2 (ja)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE602004021750D1 (de) 2003-07-14 2009-08-13 Fei Co Zweistrahlsystem
US8168961B2 (en) 2008-11-26 2012-05-01 Fei Company Charged particle beam masking for laser ablation micromachining
JP5702552B2 (ja) * 2009-05-28 2015-04-15 エフ イー アイ カンパニFei Company デュアルビームシステムの制御方法
US8524139B2 (en) * 2009-08-10 2013-09-03 FEI Compay Gas-assisted laser ablation
CN102812533B (zh) * 2010-04-07 2015-12-02 Fei公司 组合激光器和带电粒子束系统
JP2013101929A (ja) 2011-11-07 2013-05-23 Fei Co 荷電粒子ビーム・システムの絞り
DE102012202519A1 (de) 2012-02-17 2013-08-22 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Verfahren und Vorrichtungen zur Präparation mikroskopischer Proben mit Hilfe von gepulstem Licht
JP6085150B2 (ja) * 2012-03-16 2017-02-22 株式会社日立ハイテクサイエンス 試料作製装置及び試料作製方法
US9216475B2 (en) 2012-03-31 2015-12-22 Fei Company System for protecting light optical components during laser ablation
US9733164B2 (en) 2012-06-11 2017-08-15 Fei Company Lamella creation method and device using fixed-angle beam and rotating sample stage
US8759764B2 (en) 2012-06-29 2014-06-24 Fei Company On-axis detector for charged particle beam system
US8766213B2 (en) 2012-09-07 2014-07-01 Fei Company Automated method for coincident alignment of a laser beam and a charged particle beam
US9991090B2 (en) 2012-11-15 2018-06-05 Fei Company Dual laser beam system used with an electron microscope and FIB
US9449785B2 (en) 2013-11-11 2016-09-20 Howard Hughes Medical Institute Workpiece transport and positioning apparatus
WO2016019071A1 (en) 2014-07-29 2016-02-04 Gentex Corporation Laser ablation with reduced visual effects
US9895772B2 (en) 2014-10-03 2018-02-20 Gentex Corporation Second surface laser ablation
CN108351564B (zh) 2015-06-19 2020-10-09 金泰克斯公司 第二表面激光烧蚀
US20170179201A1 (en) * 2015-12-16 2017-06-22 General Electric Company Processes for fabricating organic photodetectors and related photodetectors and systems
US10549386B2 (en) * 2016-02-29 2020-02-04 Xerox Corporation Method for ablating openings in unsupported layers
WO2017160701A1 (en) 2016-03-15 2017-09-21 The Procter & Gamble Company Methods and apparatuses for separating and positioning discrete articles
US11009760B2 (en) 2017-05-05 2021-05-18 Gentex Corporation Interleaving laser ablation
DE102019203493A1 (de) * 2019-03-14 2020-09-17 BLZ Bayerisches Laserzentrum Gemeinnützige Forschungsgesellschaft mbH Verfahren zur ultrahochaufgelösten Modifikation, insbesondere zur physischen Materialabtragung oder internen Materialänderung, eines Werkstücks
DE102019133658A1 (de) 2019-12-10 2021-06-10 Carl Zeiss Smt Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten einer mikrostrukturierten Komponente

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE760067A (fr) * 1969-12-09 1971-06-09 Applied Display Services Procede et appareil pour la fabrication de plaques en relief ainsi que plaques pour impression ainsi obtenues
JPS59104287A (ja) 1982-12-07 1984-06-16 Sumitomo Electric Ind Ltd レ−ザ加工法
JPS59168652A (ja) * 1983-03-16 1984-09-22 Hitachi Ltd 素子修正方法及びその装置
US4877480A (en) * 1986-08-08 1989-10-31 Digital Equipment Corporation Lithographic technique using laser for fabrication of electronic components and the like
CA1279104C (en) * 1986-08-08 1991-01-15 Quantum Corporation Lithographic technique using laser for fabrication of electronic components and the like
US4874947A (en) * 1988-02-26 1989-10-17 Micrion Corporation Focused ion beam imaging and process control
US5221422A (en) * 1988-06-06 1993-06-22 Digital Equipment Corporation Lithographic technique using laser scanning for fabrication of electronic components and the like
JPH0220685A (ja) * 1988-07-06 1990-01-24 Hitachi Ltd レーザ加工材とその製造方法
US5083033A (en) * 1989-03-31 1992-01-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of depositing an insulating film and a focusing ion beam apparatus
JPH04354321A (ja) * 1991-05-31 1992-12-08 Nikon Corp 薄膜除去方法
JPH05136097A (ja) * 1991-11-08 1993-06-01 Nec Corp 微細加工方法および微細加工装置
JP2890946B2 (ja) * 1991-12-20 1999-05-17 日本電気株式会社 その場形成マスクを用いた加工法
US5656186A (en) * 1994-04-08 1997-08-12 The Regents Of The University Of Michigan Method for controlling configuration of laser induced breakdown and ablation
EP0731490A3 (en) 1995-03-02 1998-03-11 Ebara Corporation Ultra-fine microfabrication method using an energy beam
JP3464320B2 (ja) * 1995-08-02 2003-11-10 株式会社荏原製作所 高速原子線を用いた加工方法及び加工装置
US5874011A (en) 1996-08-01 1999-02-23 Revise, Inc. Laser-induced etching of multilayer materials
US5818628A (en) * 1996-12-20 1998-10-06 Clark-Mxr, Inc. Ultrashort optical pulse amplifiers incorporating a gain medium preferentially cooled along a crystalline axis
US5821549A (en) * 1997-03-03 1998-10-13 Schlumberger Technologies, Inc. Through-the-substrate investigation of flip-chip IC's
US6582857B1 (en) * 2000-03-16 2003-06-24 International Business Machines Corporation Repair of masks to promote adhesion of patches
EP1305824A4 (en) * 2000-06-06 2007-07-25 Univ Fraser Simon METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRONIC MATERIALS
US6696363B2 (en) * 2000-06-06 2004-02-24 Ekc Technology, Inc. Method of and apparatus for substrate pre-treatment
US6977386B2 (en) * 2001-01-19 2005-12-20 Fei Company Angular aperture shaped beam system and method
JP2004537758A (ja) * 2001-07-27 2004-12-16 エフ・イ−・アイ・カンパニー 電子ビーム処理
JP3683851B2 (ja) 2001-11-29 2005-08-17 哲也 牧村 光パターニングにより無機透明材料を加工する光加工装置及び光加工方法
US7504182B2 (en) * 2002-09-18 2009-03-17 Fei Company Photolithography mask repair
US6787783B2 (en) * 2002-12-17 2004-09-07 International Business Machines Corporation Apparatus and techniques for scanning electron beam based chip repair
US20050173631A1 (en) * 2004-02-11 2005-08-11 Valery Ray Determining end points during charged particle beam processing
JP2006005110A (ja) * 2004-06-17 2006-01-05 National Institute For Materials Science 微細構造の作製方法及び作製装置
US7930409B2 (en) 2005-02-23 2011-04-19 Aol Inc. Configuring output on a communication device
US20070269611A1 (en) * 2006-03-31 2007-11-22 Intematix Corporation Systems and methods of combinatorial synthesis
JP5329784B2 (ja) * 2006-08-25 2013-10-30 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
US8303833B2 (en) * 2007-06-21 2012-11-06 Fei Company High resolution plasma etch
WO2009089499A2 (en) 2008-01-09 2009-07-16 Fei Company Multibeam system
WO2010006067A2 (en) 2008-07-09 2010-01-14 Fei Company Method and apparatus for laser machining
US8168961B2 (en) 2008-11-26 2012-05-01 Fei Company Charged particle beam masking for laser ablation micromachining

Also Published As

Publication number Publication date
EP2191927A1 (en) 2010-06-02
US8629416B2 (en) 2014-01-14
US20100127190A1 (en) 2010-05-27
US20120200007A1 (en) 2012-08-09
JP5756584B2 (ja) 2015-07-29
US8168961B2 (en) 2012-05-01
JP2010130013A (ja) 2010-06-10
EP2191927B1 (en) 2014-01-08
JP2015164227A (ja) 2015-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6129237B2 (ja) レーザ・アブレーション微細機械加工用の荷電粒子ビーム・マスキング
EP1710327B1 (en) Method of beam-induced selective etching of a material from a quartz substrate
JP5744727B2 (ja) レーザ機械加工のための方法および装置
Joglekar et al. A study of the deterministic character of optical damage by femtosecond laser pulses and applications to nanomachining
JP5954923B2 (ja) ガス支援レーザ・アブレーション
JP6527517B2 (ja) ウエハをダイシングする方法及びそのためのキャリア
KR101683959B1 (ko) 입자 빔에 의한 처리 동안 기판을 보호하는 방법 및 장치
EP1363164B1 (en) Procedure for etching of materials at the surface with focussed electron beam induced chemical reactions at said surface
TWI557789B (zh) 使用基板載具之混成雷射與電漿蝕刻晶圓切割
TWI508155B (zh) 使用混合式分裂射束雷射劃線製程及電漿蝕刻的晶圓切割
JP4631044B2 (ja) レーザ加工方法および装置
JP4035981B2 (ja) 超短パルスレーザを用いた回路形成方法
JP2009538231A (ja) 超短レーザパルスによるウェハスクライビング
EP1829088B1 (en) Lift-off patterning processes employing energetically-stimulated local removal of solid-condensed-gas layers
JP2010050138A (ja) 微細周期構造形成方法
US20080289651A1 (en) Method and apparatus for wafer edge cleaning
Hwang et al. Nanoscale laser processing and diagnostics
US20020182877A1 (en) Photo-processing of materials in the presence of reactive fluid
US6582857B1 (en) Repair of masks to promote adhesion of patches
Grigoropoulos et al. Nano-structuring using pulsed laser radiation
Haight et al. Femtosecond laser ablation and deposition of metal films on transparent substrates with applications in photomask repair
Ehrhardt et al. Ultraprecise Surface Processing by Etching with Laser-Induced Plasmas
JP2001062574A (ja) 微細加工装置
Balling Micro and nano-machining with ultrashort laser pulses: From basic science to the real world
Yick et al. F2-laser micropatterning of chrome-coated CaF2 for vacuum-ultraviolet masks

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150628

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160510

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20160728

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20161009

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170328

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170411

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6129237

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250