專利名稱：具有集成能量過濾器的帶電粒子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生帶電粒子束的帶電粒子源，包括 發(fā)射帶電粒子的帶電粒子發(fā)射表面；
用于形成帶電粒子發(fā)射表面的圖像的透鏡，所述透鏡顯示有光
軸；
用于限制束的限束光闌，其使用方式使得至少形成兩個束，穿 過透^:中間的中央束和偏心地穿過透^;的偏心束； 用于將一個束偏轉(zhuǎn)向軸的偏轉(zhuǎn)器；
能量選擇光闌，顯示有用于通過部分偏心束的能量選擇孔以及 用于通過中央束的中央孔，所述能量選擇光闌位于粒子發(fā)射表面和偏 轉(zhuǎn)器之間；以及
將偏心束對準(zhǔn)能量選擇孔的第二偏轉(zhuǎn)器。 本發(fā)明還涉及配備這種帶電粒子源的粒子光學(xué)設(shè)備。
背景技術(shù)：
從美國專利US 7,034,315中可了解到這種帶電粒子源。例 如，其中所述的帶電粒子束可用作電子顯微鏡如掃描電子顯微鏡 (SEM)或透射電子顯微鏡(TEM)中的電子源，或用作聚焦離子束(FIB) 設(shè)備中的離子源。在使用帶電粒子源的設(shè)備中，束由粒子光學(xué)元件如透鏡和 偏轉(zhuǎn)器操縱。操縱該束以例如在樣本上形成焦點(diǎn)并在樣本上對其進(jìn)行 掃描。樣本上的這種焦點(diǎn)的大小至少部分由所謂的色差決定。粒子光學(xué)儀器中的色差是由具有輕微不同的能量的束中的粒子導(dǎo)致的 那些像差。對于電子顯微鏡中使用的電子源，電子的能量分散通常約
在0.3至leV之間，而對于FIB中使用的離子源，能量分散通常介 于l至10eV之間。特別在使用低束能量時，相對能量分散AE/E大 ,從而導(dǎo)致色差。值得注意的是，色差可通過減小束直徑來減小，但這會導(dǎo) 致更低的束電流并且可增大所謂的衍射對點(diǎn)大小的影響。還值得注意的是，已知在帶電粒子設(shè)備中樣本不是使用聚 焦束而是使用平行束照射。在這種情況中，色差也非常重要。US 7034315中描述的帶電粒子源通過提供能量分散減少 的源為色差問題提供了 一種解決方案。這通過過濾顯示有相對較小能 量分散的帶電粒子的部分并阻止其余粒子來實(shí)現(xiàn)。由于透鏡的能量色 散作用，偏心束將在能量選擇光闌上成像為能量色散線。其上對偏心
束成像的光闌中的能量選擇孔的寬度確定了穿過所述孔的能量選擇 束的能量分散。已知的過濾器使用透鏡的離軸部分作為能量色散元件并 且在能量選擇光闌上形成粒子發(fā)射表面的圖像。透鏡的能量色散作用 以光闌中的狹縫的形式在小孔上形成色散線，讓部分能量色散圖像通 過并阻擋其余的。這種能量過濾器的 一個問題是至少兩個束離開槍模塊( gunmodule):中央束和能量過濾束。通常這些中的一個集中在軸周 圍，而另一個偏離軸。這個偏離束可造成不需要的反射、污染等。另一個問題是能量過濾束的帶電粒子與中央束中的粒子 交互作用。在此交互作用期間，能量過濾束的能量分散可能由于 Boersch效應(yīng)和軌跡位移而增力口
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供僅有一個束離開源模塊的帶電粒子源。為此，根據(jù)本發(fā)明的粒子源的特征在于，當(dāng)使用第二偏轉(zhuǎn) 器聚焦偏心束和并將其對準(zhǔn)到能量選擇孔上時，第二偏轉(zhuǎn)器同時偏轉(zhuǎn) 中央束，偏轉(zhuǎn)程度使能量選擇光闌阻擋中央束。在偏心束對準(zhǔn)能量選擇孔上并穿過能量選擇光闌時，通過 稍微偏轉(zhuǎn)中央束使中央束被能量選擇光闌阻擋。中央束的偏轉(zhuǎn)優(yōu)選由 第二偏轉(zhuǎn)器通過將偏心束對準(zhǔn)能量選擇孔所需的相同偏轉(zhuǎn)動作來完成。
這樣，中央束不會離開帶電粒子源。因此，中央束的粒子無法造 成不需要的反射、污染等。而且，由于兩個束不混合，消除了能量選 捧束和中央束的粒子之間的帶電粒子交互作用，如Boersch效應(yīng)和軌
跡位移。注意，優(yōu)選是使得一次只有一個束離開帶電粒子束的方式 形成和使用帶電粒子源。還要注意，限束光闌可置于透鏡和發(fā)射表面之間，由此形 成偏心束。然而，限束光闌可置于發(fā)射表面和第二偏轉(zhuǎn)器之間的任何 位置即使在束置于透鏡和第二偏轉(zhuǎn)器之間時，偏心束由界定所述偏 心束的孔從照射透鏡的束中切除(excised)，造成與進(jìn)入透鏡前界 定偏心束時相似的作用。還要注意，偏心束和中央束的偏轉(zhuǎn)可以是相同的，即在偏 心束偏轉(zhuǎn)時，中央束以相同角度偏轉(zhuǎn)，但也可能通過形成第二偏轉(zhuǎn)器 以使得中央束和偏心束的偏轉(zhuǎn)場在大小、范圍或方向上不同，而導(dǎo)致 兩個束的偏轉(zhuǎn)不同。已經(jīng)提到，色散線可通過添加一系列圓形圖像(round image)形成，每個圓形圖像對應(yīng)于能量色散束中的一種能量。然而 ，也可以使用線圖像(線方向與能量色散方向垂直)，所述線圖像要由 跟隨槍模塊的光學(xué)元件(optics)在圓形焦點(diǎn)中形成。
在根據(jù)本發(fā)明的帶電粒子源的 一個實(shí)施例中，另 一偏轉(zhuǎn)器 和透鏡集成在一個多極元件中。通過使用具有至少兩個極的多極元件，多極元件可以充當(dāng) 上面疊加了偏轉(zhuǎn)器的圓形透鏡。通過這種集成，部件總數(shù)以及由此引 起的槍模塊的復(fù)雜度得以減小。
注意，這種極可以是磁極面或靜電電極。
還要注意，這種多極元件優(yōu)選具有四個極，以使得偶極方向可以 調(diào)整。在根據(jù)本發(fā)明的帶電粒子源的另 一實(shí)施例中，配備多極元 件用作束的象散校正裝置。通過^f吏用具有至少四個i^及的多才及元件，可以在透4t場和偏 轉(zhuǎn)場上疊加象散校正裝置場。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，這種極可以是》茲才及面或靜電電極。 電極和磁極面在一個結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的組合也是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知 的。
注意，這種多極元件最好具有八個極以調(diào)整象散校正裝置的方向 ，但也可以使用如六極器(即少于八個極)來實(shí)現(xiàn)可旋轉(zhuǎn)象散校正裝置在根據(jù)本發(fā)明的帶電粒子源的又一 實(shí)施例中，多極元件是 靜電多極元件。通過形成作為(靜電)電極的極，可以制造小尺寸的多極元 件，從而實(shí)現(xiàn)小型槍模塊。在根據(jù)本發(fā)明的帶電粒子源的又一實(shí)施例中，能量選擇光 闌顯示有大量能量選擇孔用于傳遞部分偏心束。由于透鏡的能量色散作用，偏心束將在能量選擇光闌上成 像為能量色散線。偏心束在其上成像的能量選擇孔的寬度決定了穿過 所述孔的能量選擇束的能量分散。因此，不同寬度的多個能量選擇孔
7實(shí)現(xiàn)了能量選擇束的不同能量分散的選擇。此外，不同的孔是備選的 ,這樣在一個孔如被污染或損壞時可以使用備選孔。
色散方向上的狹縫寬度優(yōu)選約等于帶電粒子發(fā)射表面在能量選 擇光闌上成像的幾何圖像大小。在根據(jù)本發(fā)明的帶電粒子源的又一 實(shí)施例中，形成了大量 偏心束，每個所述偏心束可用作穿過能量選擇孔的偏心束。形成具有不同能量分散的能量選擇束的另一方法是通過 選擇不同的偏心束以偏心更多或更少的方式穿過透鏡。偏心更多的束 將顯示有更多的能量色散并由此將對于指定孔產(chǎn)生能量分散較少的 束。注意，第二偏轉(zhuǎn)器或透鏡的聚焦作用可用于將所需偏心束 引導(dǎo)至能量選擇孔。在根據(jù)本發(fā)明的帶電粒子源的又一實(shí)施例中，在中央束穿 過能量選擇光闌時，沒有偏心束穿過能量選擇光闌。雖然由于中央束通常表現(xiàn)出遠(yuǎn)比偏心束更大的強(qiáng)度，反射 和污染的影響通常在中央束應(yīng)穿過能量選擇光闌并隨后偏心地離開 帶電粒子源(在它被第一偏轉(zhuǎn)器從軸偏轉(zhuǎn))時最為嚴(yán)重，但在偏心束偏 心地離開槍模塊時也會產(chǎn)生相似的效果。因此，阻擋偏心地離開帶電 粒子源的所有束是有利的。在根據(jù)本發(fā)明的帶電粒子源的又一實(shí)施例中，第二偏轉(zhuǎn)器 導(dǎo)致與中央束偏轉(zhuǎn)不同的偏心束偏轉(zhuǎn)。通過形成第二偏轉(zhuǎn)器以使得兩個束的偏轉(zhuǎn)場不同，可以實(shí) 現(xiàn)不同的偏轉(zhuǎn)幅度或方向。特殊情況是第二偏轉(zhuǎn)器包含置于偏心束與 中央束之間的第一電極以及兩個接地電極， 一個在第一電極放置側(cè)對 面的中央束側(cè)， 一個在第一電極放置側(cè)對面的偏心束側(cè)。這導(dǎo)致每個 束的偏轉(zhuǎn)場方向相反，并且可能幅度不同，由此兩個束以不同方向偏 轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，用于形成樣本圖^f象的粒子光學(xué) 設(shè)備配備了根據(jù)本發(fā)明的粒子光源。帶電粒子源可用于如，掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子 顯微鏡(TEM)、掃描透射電子顯微鏡(STEM)、聚焦離子束儀器(FIB) 或需要能量分散低的帶電粒子源的任何其它粒子光學(xué)設(shè)備。在根據(jù)本發(fā)明的粒子光學(xué)設(shè)備的另 一實(shí)施例中，設(shè)備配備 用于在樣本上形成聚焦束。在粒子光學(xué)透鏡和/或偏轉(zhuǎn)器出現(xiàn)色差時低能量分散尤為 重要。在樣本上聚焦束時，情況尤其是這樣。在根據(jù)本發(fā)明的粒子光學(xué)設(shè)備的另 一實(shí)施例中，設(shè)備配備 用于在帶電粒子撞擊樣本之前變更由粒子光源產(chǎn)生并且由偏轉(zhuǎn)器向 軸偏轉(zhuǎn)的帶電粒子的能量。帶電粒子源通常針對所產(chǎn)生帶電粒子的特定能量范圍進(jìn) 行構(gòu)建和優(yōu)化。產(chǎn)生的粒子束可以加速或減速到另 一值。在根據(jù)本發(fā)明的粒子光學(xué)設(shè)備的另 一實(shí)施例中，能量變更 是能量降低。在使用低能量束時低能量分散尤為重要，因?yàn)槟芰拷档蜁?導(dǎo)致大的相對能量分散AE/E并由此導(dǎo)致大的色差。所以，在使用帶 電粒子源并隨后降低粒子能量至所需能量時，根據(jù)本發(fā)明的能量過濾 器具有吸引力?，F(xiàn)在將參照附圖闡述本發(fā)明，其中相應(yīng)元件使用相同的參 考標(biāo)號來表示。為此


圖1示意顯示根據(jù)本發(fā)明的帶電粒子源，其中中央束被阻擋； 圖2示意顯示激勵粒子源的未過濾和已過濾束的能量分布；以及 圖3示意顯示根據(jù)本發(fā)明的粒子源的備選實(shí)施例。
圖1示意顯示根據(jù)本發(fā)明的帶電粒子源，其中中央束被阻擋。
帶電粒子發(fā)射表面102產(chǎn)生圍繞軸101的帶電粒子束103 。限束光闌104阻擋部分發(fā)射的粒子并讓至少兩個束穿過，集中在軸 周圍的軸向束105和離軸束106。軸向束105在中心穿過粒子光學(xué)透 鏡107，而離軸束偏心地穿過所述透鏡。透鏡將粒子發(fā)射表面102聚焦 在能量選擇光闌108上。能量選擇光闌顯示有兩個孔、讓中央束穿過 (在所述束未偏轉(zhuǎn)時)的中央孔110和讓部分束106穿過的偏心孔109 。偏轉(zhuǎn)器111，本文中由兩個偏轉(zhuǎn)板iir和lllb示意表示，將偏心 束對準(zhǔn)能量選擇偏心孔109，以使得密度最大的束部分穿過偏心孔 109。由于透鏡通常聚焦低能量粒子強(qiáng)于高能量粒子，在能量選擇光 闌上會形成指向軸的能量色散線。偏心孔在徑向上的寬度決定了能量 選擇束113的能量分散。偏轉(zhuǎn)器112 (本文中由兩個偏轉(zhuǎn)板1123和 112b示意表示)對齊軸周圍的偏心束。在偏轉(zhuǎn)器111不活動時，即在中央束105集中于軸101 周圍時，中央束穿過能量選擇光闌108的中央孔110。通常，中央束 是與偏心束106相比具有最大電流的束。在這種情況下，如果束105 未偏轉(zhuǎn)，偏心束106通常會被能量選擇光闌阻擋。在偏轉(zhuǎn)偏心束以使 它對準(zhǔn)偏心孔109時，中央束也會^f皮偏轉(zhuǎn)。中央束的偏轉(zhuǎn)足以將(聚 焦的)中央束定位于能量選擇光闌的材料上而非中央孔上。由此中央 束被阻止通行并且只有部分偏心束穿過能量選擇光闌以形成能量選 擇束U3。然后，此能量選擇束113在軸101周圍偏轉(zhuǎn)以便由其中使 用了帶電粒子源的設(shè)備的其余部分操縱(聚焦、偏轉(zhuǎn)、掃描等)。注意，即使在中央束穿過能量選擇光闌時，可能也必需對 中央束應(yīng)用偏轉(zhuǎn)以使其集中到中央孔110。這可用于計算電極錯位， 或計算機(jī)械式位移和/或發(fā)射表面如Schottky發(fā)射器的偏移(drift )圖2示意顯示激勵粒子源的未過濾束和已過濾束的能量分布。
10
未過濾束的能量分布由曲線201給出。它將強(qiáng)度顯示為相
對標(biāo)定能量En。m的能量偏差的函數(shù)，E。。m可通過束加速或減速來變更
。通常^f叚定此能量分布曲線201為Gaussian分布，其特征在于半峰 全寬(FWHM)能量分散203。對于電子源，F(xiàn)WHM能量分散通常介于 0.5至1 eV之間，對于液態(tài)金屬離子源，通常介于3至10 eV之間。
通過過濾小部分電子，可獲得具有FWHM能量分散204的分布 202。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知，這種過濾的束雖然具有比未過濾的 束更少的總電流，但在透鏡色差處于支配地位的情況下，可聚焦到小 得多的焦點(diǎn)并導(dǎo)致焦點(diǎn)中更高的電流密度。圖3示意顯示根據(jù)本發(fā)明的粒子源的備選實(shí)施例。 圖3可被認(rèn)為是源自圖1。限束孔104現(xiàn)在置于透鏡107和第二 偏轉(zhuǎn)器lll之間。而且，第二偏轉(zhuǎn)器現(xiàn)在形成為置于偏心束106和中 央束105之間的電極lllb，兩個接地電極llia在每個束的相對側(cè)上 。這樣，偏心束以與中央束偏轉(zhuǎn)的方向相反的方向偏轉(zhuǎn)。值得注意的 是，兩個電極llia相對于電極lllb的不同間距會造成不同的偏轉(zhuǎn)場 強(qiáng)度，并由此造成束偏轉(zhuǎn)的不同角度大小。因此，偏轉(zhuǎn)器lll的這種 設(shè)置可引致兩個束的不同相互方向和偏轉(zhuǎn)角度大小，由此提供額外的 設(shè)計靈活性。
注意，還可以將此源與未激勵或幾乎未激勵的透鏡107配合使用 ，以使得中央束不被或幾乎不被所述透鏡聚焦。然后，可以從槍模塊 提取帶有另一電流的中央束。另外，預(yù)見足夠強(qiáng)地激勵透鏡以形成透 鏡與能量選擇孔之間的交叉是一種使用中央束從模塊提取所需電流 的用法。這實(shí)現(xiàn)了通過調(diào)整透鏡107具有適當(dāng)電流的中央束(該中央 束不是選定以備選擇的能量，并且使用發(fā)射表面在能量選擇光闌上成 像的透鏡107的設(shè)置來使用偏心束。
值得注意的是，此模式中槍模塊的使用，在槍模塊中使用額外透 鏡，已在美國專利號US 6693282中進(jìn)行了說明。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生帶電粒子束的帶電粒子源，包括·發(fā)射帶電粒子的帶電粒子發(fā)射表面；·用于形成帶電粒子發(fā)射表面的圖像的透鏡，所述透鏡顯示有光軸；·用于限制所述束的限束光闌，其使用方式使得至少形成兩個束，穿過所述透鏡中間的中央束和偏心地穿過所述透鏡的偏心束；·用于將其中一個所述束向軸偏轉(zhuǎn)的第一偏轉(zhuǎn)器；以及·能量選擇光闌，顯示有讓部分所述偏心束穿過的能量選擇孔以及讓所述中央束穿過的中央孔，所述能量選擇光闌位于所述粒子發(fā)射表面和所述偏轉(zhuǎn)器之間；以及·將所述偏心束對準(zhǔn)所述能量選擇孔的第二偏轉(zhuǎn)器。其特征在于·當(dāng)使用第二偏轉(zhuǎn)器聚焦所述偏心束并將其對準(zhǔn)所述能量選擇孔時，第二偏轉(zhuǎn)器同時將所述中央束偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)程度使得所述中央束被能量選擇光闌阻擋。
2. 如權(quán)利要求l所述的帶電粒子源，其中第二偏轉(zhuǎn)器和所述透鏡 集成在一個多極元件中。
3. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子源，其中所述多極元 件配備成用作所述束的象散^f交正裝置。
4. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子源，其中所述多極元 件是靜電多極元件。
5. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子源，其中所述能量選 擇光闌顯示有用于穿過部分所述偏心束的大量能量選擇孔。
6. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子源，其中形成了大量 偏心束，每個所述偏心束可用作穿過能量選擇孔的偏心束。
7. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子源，其中在所述中 央束穿過所述能量選擇光闌時，沒有偏心束穿過所述能量選擇光闌。
8. 如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子源，其中第二偏轉(zhuǎn) 器導(dǎo)致與所述中央束的所述偏轉(zhuǎn)不同的所述偏心束的偏轉(zhuǎn)。
9. 一種用于形成樣本圖像的粒子光學(xué)設(shè)備，所述設(shè)備配備有根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的粒子光源。
10. 如權(quán)利要求9所述的粒子光學(xué)設(shè)備，其中所述設(shè)備配備為在 所述樣本上形成聚焦束。
11. 如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的粒子光學(xué)設(shè)備，其中， 所述設(shè)備配備成在所述帶電粒子撞擊所述樣本之前變更由所述粒子 光源產(chǎn)生并且由所述偏轉(zhuǎn)器向軸偏轉(zhuǎn)的帶電粒子的能量。
12. 如權(quán)利要求11所述的粒子光學(xué)設(shè)備，其中所述能量變更是 能量降低。
全文摘要
本發(fā)明的名稱為具有集成能量過濾器的帶電粒子源，描述發(fā)生能量選擇的粒子源。能量選擇通過偏心地發(fā)送帶電粒子束穿過透鏡發(fā)生。這樣做的結(jié)果是，在透鏡形成的圖像中將發(fā)生能量色散。通過將此圖像投射到能量選擇光闌中的狹縫上，可以只讓有限的能量譜部分中的粒子穿過。因此，穿過的束將具有減少的能量分散。偏轉(zhuǎn)單元將束偏轉(zhuǎn)到光軸。也可以選擇偏轉(zhuǎn)經(jīng)過透鏡中間去向光軸并且具有如更大電流的束。能量色散點(diǎn)由偏轉(zhuǎn)器在狹縫上成像。在狹縫上定位能量色散點(diǎn)時，中央束偏離軸到被能量選擇光闌阻止的程度。由此避免了在光闌后的區(qū)域由此束導(dǎo)致的反射和污染。此外，還避免了中央束的電子與偏轉(zhuǎn)器區(qū)域中的能量過濾束交互作用所導(dǎo)致的電子-電子相互作用。
文檔編號H01J37/04GK101593658SQ200910145359
公開日2009年12月2日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月26日
發(fā)明者A·亨斯特拉 申請人:Fei公司