多種類離子源的制作方法
【專利摘要】具有氣體腔室的高亮度離子源包括多個通道，其中，多個通道各自具有不同的氣體。使電子射束穿過通道之一以提供某些種類的離子用于處理樣本。能夠通過將電子引導(dǎo)到具有不同的氣體種類的另一個通道中并且利用第二種類的離子處理樣本來快速地改變離子種類。偏轉(zhuǎn)板用于將電子射束對準(zhǔn)到氣體腔室中，借此允許快速地切換聚焦離子射束中的氣體種類。
【專利說明】多種類離子源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及帶電粒子射束系統(tǒng)的離子氣體源的領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用具有聚焦離子射束的粒子光學(xué)裝置，以用于利用聚焦離子射束來處理晶圓的目的。為此，離子源被成像到晶圓上成為所謂的離子斑中。利用這樣的離子源的處理速度受限于該離子斑中的離子電流密度。通過將明亮的離子源聚焦到離子斑中來實現(xiàn)高離子電流密度。希望使用不留在所處理的晶圓中的離子，諸如惰性氣體離子。
[0003]在通過引用被合并于此的US專利7，772，564中描述了粒子光學(xué)裝置的氣體離子源，該US專利被轉(zhuǎn)讓給FEI有限公司一本發(fā)明的受讓人。氣體源包括膜片壁，在該膜片壁的第一側(cè)設(shè)置有在例如0.2 bar的氣體壓強(qiáng)下將被電離的氣體。在膜片壁的另一側(cè)設(shè)置有真空，或至少設(shè)置有具有較低的氣體壓強(qiáng)的空間。在膜片壁中，裝配了出射膜片，通過該出射膜片氣體流出到真空中。由在膜片壁的真空側(cè)的電子源所生成的電子通過第一電場(力口速度場)被加速，并且通過電子透鏡被聚焦，借此電子焦點被設(shè)置在剛好膜片壁的真空側(cè)的出射膜片之前。作為在電子焦點中的電子與出來的氣體原子之間的碰撞的結(jié)果，現(xiàn)在氣體離子被形成在因此很靠近出射膜片的電離體積中。通過其中高電子密度以及還有高氣體密度并發(fā)地出現(xiàn)的區(qū)域來確定電離體積的體積。借助于第二電場(提取電場)，離子從電離體積中被提取，并且然后能夠借助于在現(xiàn)有技術(shù)中已知的粒子光學(xué)裝置被成像和操縱。
[0004]鑒于亮度另外由等離子體和空間電荷效應(yīng)來限制，諸如在US專利7，772，564中描述的源之類的氣體源能夠通過將電離體積保持為小來維持高亮度。當(dāng)前，當(dāng)需要高亮度電子源時，經(jīng)常使用諸如采用場發(fā)射體、肖特基發(fā)射體或碳納米管的源之類的電子源。這些源具有小的電子發(fā)射表面。如技術(shù)人員所知的，應(yīng)當(dāng)通過具有小像差的光學(xué)器件來將這些源成像，尤其當(dāng)在圖像中要獲取相對大的電流時。在某些應(yīng)用中，電子被利用“側(cè)向注入”提供到電離體積中，使得垂直于從電離體積中提取離子的場來應(yīng)用電子。
[0005]在US專利7，772，564中的氣體源被限制為提供單個離子種類。然而，存在某些應(yīng)用，由于離子種類的不同的特性而期望使用多個離子種類。例如，由于輕離子的低濺射產(chǎn)出率，所以其良好地適合于顯微術(shù)，并且具有高濺射產(chǎn)出率的重離子良好地適合于研磨應(yīng)用。選擇具有特定化學(xué)性質(zhì)的離子種類也能夠大大地增強(qiáng)諸如射線束化學(xué)或分析的應(yīng)用。
[0006]此外，還期望的是，在操作粒子光學(xué)裝置時在不同的離子種類之間快速且高效地改變，以便適應(yīng)某些應(yīng)用。當(dāng)前系統(tǒng)在新的離子種類被期望時要求用戶完全地改變單個氣體源并且將其替換，這是耗時的且要求樣本的處理被中斷，因此由于額外時間而引起諸如位置錯誤或反應(yīng)錯誤之類的處理錯誤。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)液態(tài)金屬離子源(LMIS)采用能夠?qū)⒐苍吹姆N類分離的濾質(zhì)器。然而，LMIS通常不與氣體源實現(xiàn)相同的亮度等級。此外，濾質(zhì)器通過首先將公共源電離來進(jìn)行操作并且然后僅能夠?qū)⒁恍┙饘俜N類從源分離。被分離的種類由源的組成限制。因此，需要能夠快速地在多個不同的離子氣體種類之間切換的高亮度離子源。此外，需要一種系統(tǒng)，其在不要求替換源的情況下使得用戶能夠選擇性地提供不同離子種類的氣體，以用于執(zhí)行對樣品的不同的處置，諸如研磨、蝕刻、沉積和成像。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是允許在用于聚焦離子射束應(yīng)用的多個離子種類之間快速切換。
[0009]本發(fā)明的實施例提供高亮度離子源，其具有包括多個通道的氣體腔室，其中，多個通道各自具有不同的氣體。電子射束被聚焦到通道之一中以形成某種類的離子，以用于樣本處理。通過將電子射束引導(dǎo)到具有不同種類的氣體的通道來切換離子種類。在本發(fā)明的一實施例中，偏轉(zhuǎn)板用于將電子射束引導(dǎo)到多個腔室中，由此允許快速地切換聚焦離子射束中的氣體種類。
[0010]上文已經(jīng)相當(dāng)寬泛地略述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點，以便可以更好地理解隨后的本發(fā)明的詳細(xì)描述。將在下文中描述本發(fā)明的附加的特征和優(yōu)點。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，所公開的概念和特定實施例可以容易地被用作修改或設(shè)計用于執(zhí)行本發(fā)明的相同目的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員同樣應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這樣的等同構(gòu)造不會背離如在所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的精神和范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]為了對本發(fā)明和其優(yōu)點的更徹底的理解，現(xiàn)在對結(jié)合附圖所采取的以下描述進(jìn)行參考，其中:
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有電子源的氣體腔室。
圖2示出在圖1中示出的實施例的氣體腔室的頂視圖。
圖3示出在圖1中示出的實施例的氣體腔室的側(cè)視圖。
圖4示出在圖1中示出的實施例的等尺寸視圖，其中剖面示出用于多個氣體通道的入射和出射孔的布置。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的納米孔隙離子源的氣體腔室的側(cè)視圖。
圖6是在圖5中示出的實施例的頂視圖。
圖7示出在圖5中示出的實施例的側(cè)視圖。
圖8示出圖示出在圖5中示出的實施例的等尺寸視圖，其中剖面示出入射和出射孔的布置。
圖9示出本發(fā)明的另一個實施例的側(cè)視圖，其中入射孔隙和出射孔隙足夠靠近光軸，從而腔室下面的下部偏轉(zhuǎn)器是不必要的。
圖1OA和1B示出能夠以如下兩個不同的操作模式操作的根據(jù)本發(fā)明的離子和電子源的另一個實施例的側(cè)視圖:離子生成模式和電子生成模式。
圖11示出在圖1OA和1B中示出的實施例的頂視圖。
圖12示出在圖1OA和1B中示出的實施例的側(cè)視圖。
圖13示出在圖1OA和1B中示出的實施例的剖面等尺寸視圖。
圖14示出其中偏轉(zhuǎn)器被自動化為在不同的離子種類之間自動地切換的本發(fā)明的實施例。
圖15示意地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在氣體通道中使用的MEMS結(jié)構(gòu)，借此電子被聚焦在電離體積上。
圖16是采用如圖15中所描繪的MEMS結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的離子源的示意性描繪。

【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明的實施例允許用戶對于任何聚焦離子射束應(yīng)用(尤其對于使用氣體源的高亮度應(yīng)用)快速地在多個不同的離子種類之間切換。這在執(zhí)行不同類型的處理時是尤其有利的。例如，如果期望低損成像則能夠使用氦，并且然后氦被快速切換到氖以用于慢且精確的研磨或被快速切換到氙以用于快速研磨。在優(yōu)選的實施例中，在不改變氣體源的情況下執(zhí)行從一個離子種類到另一個的切換。在現(xiàn)有技術(shù)中，改變氣體源例如涉及:中斷樣本處理、移除氣體源、使先前被使用的氣體排空、應(yīng)用新的期望氣體源，以及將具有新氣體的源插入到裝置中。氣體源的替換是耗時的、勞動密集的，并且由于延長的處理時間而可能導(dǎo)致對樣本不希望的效果。
[0013]能夠在諸如場發(fā)射源、肖特基源、碳納米管或納米孔隙離子源之類的高亮度電子源的情況下使用本發(fā)明的實施例。也能夠在諸如在US專利7，772，564中描述的離子源之類的氣體源中容易地實施本發(fā)明的實施例，該離子源具有漏入腔室并且然后被聚焦電子射束所電子碰撞電離的氣體。在某些實施例中，本發(fā)明提供具有多個通道的氣體腔室，每個通道能夠具有不同的氣體并且每個通道包含用于使電子射束通過的孔隙。能夠通過將電子射束聚焦到期望的通道中來選擇氣體種類，該期望的通道然后提供用于樣本處理的聚焦離子射束。在某些實施例中， 申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以如將電子射束從一個氣體腔室孔隙偏轉(zhuǎn)到另一個所花費(fèi)的時間(其優(yōu)選地小于一秒、更優(yōu)選地小于0.1秒并且最優(yōu)選地小于0.05秒)一樣快速地切換聚焦離子射束中的離子種類。
[0014]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有電子源的氣體腔室。電子源102沿著光軸108提供電子110。電子源102通常是肖特基源，但是其它電子源也是可能的，包括但不限于熱離子的、LaB6,或冷場發(fā)射源。在電子光學(xué)區(qū)域160的情況下由偏轉(zhuǎn)器104和106將電子偏轉(zhuǎn)以將電子射束對準(zhǔn)到氣體腔室120中。以雙偏轉(zhuǎn)配置圖示出偏轉(zhuǎn)器104和106，但是在本發(fā)明的某些實施例中也可以使用單個偏轉(zhuǎn)器。電子光學(xué)區(qū)域160也能夠包括例如聚焦或聚光透鏡的其它元件，以將電子射束的直徑減小為小于開口。氣體腔室120優(yōu)選地包括多個通道122、124、126、128、130和132，每個通道優(yōu)選地包括不同的氣體。能夠在各通道內(nèi)容易地實施所有天然出現(xiàn)的氣體。圖1圖示出包括6個通道的氣體腔室，但是技術(shù)人員將容易地理解通道的數(shù)量能基于應(yīng)用而變化。例如，在較簡單的應(yīng)用的情況下能夠使用更少通道，但更多通道能夠被用于要求用于研磨、成像和/或沉積的許多離子種類的更復(fù)雜的處理應(yīng)用。所提供的氣體種類的數(shù)量因此能夠非常大、僅僅由偏轉(zhuǎn)器104和106的范圍來限制。能夠快速地改變偏轉(zhuǎn)以將電子射束引導(dǎo)到不同的通道以在用于處理樣本的多個離子種類之間切換。氣體通道中的每一個通常具有大約100nm-500nm的尺寸，其中內(nèi)部氣體壓強(qiáng)通常在大氣的范圍內(nèi)。
[0015]圖2示出在圖1中示出的實施例的頂視圖。通道中的每一個包含用于使電子射束通過的入射孔隙202。通道還優(yōu)選地包含用于提取離子射束的出射孔隙。出射孔隙通常直接地在入射孔隙202之下。
[0016]圖3示出在圖1中示出的實施例的側(cè)視圖。圖4示出在圖1中示出的實施例的等尺寸視圖，其中剖面示出用于多個氣體通道的入射和出射孔的布置。電子射束110已經(jīng)被偏轉(zhuǎn)而通過入射孔隙202進(jìn)入氣體通道130，使離子射束112從出射孔隙112出射。
[0017]圖15示意地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在氣體通道中使用的MEMS結(jié)構(gòu)，借此電子被聚焦在電離體積上。 申請人:注意到，圖15僅僅描繪一個氣體通道，在本發(fā)明的某些實施例中將對于多個氣體通道中的每一個復(fù)制該氣體通道。
[0018]兩個導(dǎo)電箔1501、1502通過具有例如Ium厚度的光刻膠層1511彼此附著并且彼此分離。光刻膠層不填充兩個箔之間的完整空間，而是空腔1512被保留為空曠。箔1501、1502各自被形成在從半導(dǎo)體晶圓切割的半導(dǎo)體管芯(諸如Sl3N4管芯1503、1504)上。箔的材料能夠是金屬，例如Mo。管芯提供對箔的支持并且也實現(xiàn)箔的產(chǎn)生。在管芯中，在光刻過程中形成凹部1505、1506、1507和1508。同樣，在Si3N4管芯上形成例如Mo的導(dǎo)電層1509、1510。在箔中形成兩組膜片(即聚焦電子射束1530通過其進(jìn)入空腔1512的入射膜片1520、離子通過其能夠從空腔1512出來的出射膜片1521)以及氣體被準(zhǔn)許通過其以例如0.2bar的氣體壓強(qiáng)進(jìn)入空腔的孔隙1513和1514。入射膜片和出射膜片兩者都具有例如10nm的小尺寸，而準(zhǔn)許氣體通過其的孔隙可以具有例如Ium的較大尺寸。 申請人:注意到，在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“膜片”和“孔隙”是可互換的。
[0019]由諸如本來已知的場發(fā)射體、肖特基發(fā)射體或CNT電子發(fā)射體之類的高亮度電子源產(chǎn)生聚焦電子射束1530。所產(chǎn)生的電子被加速并且利用聚焦電子光學(xué)器件被聚焦在MEMS結(jié)構(gòu)的入射膜片上，如在電子光學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的那樣。在入射膜片1520和出射膜片1521之間，高氣體壓強(qiáng)和高電子密度并發(fā)地發(fā)生，因此形成電離體積1522。例如IV的應(yīng)用在兩個箔1501、1502之間的小的電壓使形成在箔1502的方向上的離子加速，在箔1502的方向上它們能夠通過出射膜片1521離開空腔1512，以朝向用于操縱離子的本來已知的粒子光學(xué)元件進(jìn)一步被加速。通過出射孔隙1521離開空腔1512的射束1531由離子和電子二者組成，但是隨著離子朝向用于操縱離子的粒子光學(xué)元件被加速，電子被減速直到它們失去它們的前沖力并且例如被反射回導(dǎo)電層1510。
[0020]由于入射膜片和出射膜片具有例如50nm的小尺寸,所以作為距離箔1501、1502的距離的函數(shù)的空腔1512外部的氣體壓強(qiáng)將非常快速地下降。而且，從空腔1512流入到管芯外部的體積中的氣體的量非常小，使得即使當(dāng)使用具有有限容量的泵裝置時，電離體積也被限制到箔之間的區(qū)域，這是因為僅僅在箔之間才存在所要求的高氣體壓強(qiáng)。這也暗示，在氣體分子和尚子之間沒有或僅僅有可忽略的電荷交換會在射束1531所進(jìn)入的體積中發(fā)生。這樣的電荷交換是不想要的，因為這將導(dǎo)致所形成的離子射束能量擴(kuò)寬。而且，能夠容易地將電子源所處一側(cè)的氣體壓強(qiáng)抽為這些源能夠在其中工作的真空壓強(qiáng)。
[0021]為了準(zhǔn)許氣體到達(dá)孔隙1513和1514，例如通過夾持和/或使用膠將Si3N4管芯1503、1504例如附著在連接到氣體供應(yīng)的容器之間。這樣，能夠形成微觀的空腔和氣體所處于的宏觀的世界之間的橋梁。要注意，Si3N4管芯不必僅僅具有兩個孔隙來準(zhǔn)許氣體進(jìn)入。
[0022]如將對技術(shù)人員明顯的是，能夠圍繞形成入射或出射膜片的位置形成孔隙的環(huán)。而且，孔隙不必是圓的，而是能夠具有任何形狀。也可以僅僅在一個管芯(管芯1503或管芯1504)中具有孔隙。
[0023]要注意，晶圓和在其上執(zhí)行的光刻過程的使用已知在制造諸如透鏡和偏轉(zhuǎn)器之類的微型粒子光學(xué)結(jié)構(gòu)時被使用。盡管未示出，但設(shè)想將這樣的結(jié)構(gòu)合并到根據(jù)本發(fā)明的離子源中。
[0024]圖16是采用如圖15中所描繪的MEMS結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的離子源的示意性描繪。圖16描繪能夠容易地從例如FEI公司獲取的肖特基發(fā)射體1600，其沿著光軸1601發(fā)射電子射束1602。通過由發(fā)射體1600的頂端和提取器電極1603之間的電壓差所引起的電場從肖特基發(fā)射體提取電子。優(yōu)選地，提取器電極提供在50和300V之間的電壓差。從電子源看到，提取器1603后面是通過分段板電極1604制作的組合的透鏡/偏轉(zhuǎn)器，其中各分段之間的電壓差引起偏轉(zhuǎn)器動作并且組合的分段相對于提取器電極1603和電極1605的電壓差引起透鏡動作。要注意，該分段電極1604也能夠用作象散校正器。
[0025]電極1605也被連接到MEMS結(jié)構(gòu)1610 (在圖3中所描繪的MEMS結(jié)構(gòu))的電子進(jìn)入所述MEMS結(jié)構(gòu)的一側(cè)。MEMS結(jié)構(gòu)的另一側(cè)連接到電極1606。電極1605和1606之間的并且因此MEMS結(jié)構(gòu)的兩個箔之間的例如IV的電壓在電離體積上方引起電場。電極1605和1606的連接形成與MEMS結(jié)構(gòu)1610的真空密閉，并且氣體1607經(jīng)由這些電極進(jìn)入到MEMS結(jié)構(gòu)中的空腔中。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，通常以在大致50和100eV之間的電子能量實現(xiàn)在電離體積處的期望的高電子電流密度。通常在50和300eV之間電子-離子碰撞的電離效率被最大化。因此，電子在電離體積處優(yōu)選地具有在50eV和100eV之間的，并且更優(yōu)選地在50和300ev之間的能量。電極1608提取形成在MEMS結(jié)構(gòu)1610中的離子，導(dǎo)致發(fā)源于MEMS結(jié)構(gòu)的離子射束1609。提取場提取作為在與電子源的方向相反的方向上的電離體積中的電離的結(jié)果所形成的離子。在本發(fā)明的某些實施例中，提取場引起優(yōu)選地小于10V，甚至更優(yōu)選地小于5V并且最優(yōu)選地小于IV的電離體積兩端的電壓差。能夠隨后使用本來已知的粒子光學(xué)元件將從電離體積中提取的離子進(jìn)一步加速。
[0026]取決于由偏轉(zhuǎn)器104和106引起的偏轉(zhuǎn)，將朝著多個通道之一的孔隙之一的來引導(dǎo)電子。在圖1中，電子射束110被對準(zhǔn)以通過通道124中的孔隙，但是能夠修改偏轉(zhuǎn)，使得射束能夠通過多個通道122、124、126、128、130或132中的任何一個。在某些實施例中，能夠以優(yōu)選地小于0.1秒來改變偏轉(zhuǎn)以提供不同種類的離子射束。在通道內(nèi)，電子在氣體電離體積140中同氣體原子相撞以產(chǎn)生離子，該離子從通道中被提取通過出射孔隙以形成離子射束112。能夠通過加速場將電子加速到優(yōu)選的能級。在某些實施例中，電壓源提供優(yōu)選地在50至300伏特之間的電壓，使得在氣體通道的入射孔隙處的電子具有50至300eV的能量。 申請人:注意到，圖1沒有示出多個通道的詳情示意圖，但是專家將容易地認(rèn)識到，在某些實施例中，多個通道中的每一個可以包括在圖15和圖16中看到的組件，例如，提取器電極、用于準(zhǔn)許氣體進(jìn)入電離體積的孔隙和導(dǎo)電箔。此外，在某些實施例中，電極被放置在多個通道中每一個的上方以引起如圖16中所看見的偏轉(zhuǎn)器和/或透鏡動作。
[0027]偏轉(zhuǎn)器152和154在離子光學(xué)區(qū)域162中將從多個通道之一中出來的離子射束112偏轉(zhuǎn)，使得其再一次與期望軸108對準(zhǔn)。雖然描繪了雙偏轉(zhuǎn)器152和154，但單個偏轉(zhuǎn)器也可以用于確保離子射束與光軸對準(zhǔn)。
[0028]在某些實施例中，離子光學(xué)區(qū)域162也可以包含諸如物鏡170的聚焦元件或者用于朝著用于處理的樣本180將離子射束聚焦的附加孔隙。優(yōu)選地，將離子光學(xué)區(qū)域162和電子光學(xué)區(qū)域160維持在真空中。離子光學(xué)區(qū)域162也可以包括諸如用于檢測二次電子或離子174的Everhart Thornley檢測器之類的二次粒子檢測器172以及用于注入用于豆誘導(dǎo)沉積或蝕刻的前驅(qū)氣體的氣體注入系統(tǒng)176。適當(dāng)?shù)碾妷罕粦?yīng)用到系統(tǒng)組件以向電子射束提供足夠的能量來在通道中電離氣體離子并且從通道提取離子并且朝著樣本將它們加速。
[0029] 申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在利用氣體源的高亮度應(yīng)用期間快速改變離子種類的方式。為了在不同的離子種類之間切換，改變偏轉(zhuǎn)器104和106的屬性，使得電子射束110朝著氣體腔室120的不同通道被引導(dǎo)。改變偏轉(zhuǎn)的路徑例如能夠包括改變應(yīng)用到偏轉(zhuǎn)器的電壓。因此當(dāng)離子種類被改變時也修改偏轉(zhuǎn)器152和154，使得離子射束在通過所選擇的氣體通道之后與期望軸108適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)。
[0030]例如，當(dāng)在垂直于從電離體積中提取離子的場的方向上應(yīng)用電子時，現(xiàn)有技術(shù)電子源經(jīng)常利用單個氣體腔室上方的偏轉(zhuǎn)器來將電子射束與氣體腔室對準(zhǔn)。然而， 申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過合并氣體腔室下方的第二組偏轉(zhuǎn)器152和154，能夠使用通過本發(fā)明教導(dǎo)的多個氣體通道，同時在電離區(qū)域之后維持射束的期望光軸。
[0031]在本發(fā)明的某些實施例中，能夠在垂直于離子射束112的軸的方向上使用“側(cè)向注入”來提供來自電子源102的電子。偏轉(zhuǎn)器104和106然后偏轉(zhuǎn)電子射束并且朝著多個氣體通道之一來引導(dǎo)射束以提供期望種類的離子。偏轉(zhuǎn)器152和154然后將離子射束與適當(dāng)?shù)钠谕S對準(zhǔn)以用于處理樣本。 申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在其中氣體腔室出射孔隙被布置為使得它們?nèi)砍浞挚拷x子光軸108的某些實施例中，對準(zhǔn)偏轉(zhuǎn)器152和154不是必要的。在一些實施例中，當(dāng)最遠(yuǎn)的孔隙距離光軸小于5 μ m時，這種情況發(fā)生。
[0032]在某些實施例中，可以使多個通道之一沒有氣體。通過使通道之一沒有氣體，電子射束被維持并且在通過沒有氣體的通道時不產(chǎn)生離子射束，并且能夠引導(dǎo)電子射束到樣本處以用于樣本處理(包括成像)。此外，用戶能夠在不同的離子種類和電子射束之間切換。
[0033]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的納米孔隙離子源的氣體腔室的側(cè)視圖。在該實施例中，四個氣體通道502、504、506和508被布置在2x2圖案中，該圖案使得每個通道的出射孔能夠被設(shè)置成更接近光軸并且因此減少所要求的電子和離子射束偏轉(zhuǎn)。根據(jù)在圖5中提供的視圖，僅僅氣體通道502和504是可見的。四個氣體通道中的每一個能夠包含任何類型的氣體中的氣體，諸如惰性氣體、空氣、氧氣、氮?dú)?，或多原子氣體，以用于對樣本的各種處理。 申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，減少的偏轉(zhuǎn)幫助降低電子和離子射束中的光學(xué)像差，并且也降低所要求的射束偏轉(zhuǎn)電壓。在該實施例中，電子射束110已經(jīng)被偏轉(zhuǎn)為進(jìn)入氣體通道502，導(dǎo)致生成具有與腔室502內(nèi)的氣體有關(guān)的離子的離子射束512。下部的偏轉(zhuǎn)器152和154將離子射束512放置到光軸上并且與光軸平行。
[0034]圖6-8示出在圖5中示出的實施例的附加的視圖。圖6是圖示出在圖5中示出的實施例的四個氣體通道502、504、506和508的2x2系列的頂視圖。每個氣體通道具有入射孔或孔隙602。出射孔隙優(yōu)選地直接設(shè)置在入射孔隙602之下。圖7示出在圖5中示出的實施例的側(cè)視圖。
[0035]圖8不出圖不出在圖5中不出的實施例的等尺寸視圖，其中剖面不出入射和出射孔的布置。在該圖示中，朝著通道504引導(dǎo)電子射束，并且電子射束通過入射孔隙602進(jìn)入通道504，使具有來自在通道504中提供的氣體的離子種類的離子射束512從出射孔隙802出來。出射孔隙802優(yōu)選地設(shè)置為接近光軸以減少所要求的電子和離子射束偏轉(zhuǎn)。
[0036]圖9示出本發(fā)明的另一個實施例的側(cè)視圖，其中入射孔隙和出射孔隙足夠靠近光軸，使得腔室下面的下部偏轉(zhuǎn)器不是必要的。四個氣體通道902、904、906和908被布置在諸如圖8中所圖示的陣列之類的2乘2陣列中。在所提供的視圖中，僅僅兩個通道902和904是可見的。上部偏轉(zhuǎn)器102和104朝著腔室902導(dǎo)引電子射束110。在某些實施例中，僅僅一個偏轉(zhuǎn)器足夠朝著多個腔室之一引導(dǎo)射束。與在腔室902中的氣體種類有關(guān)的電離氣體射束912從通道902的出射孔隙出來。如果電子射束入射孔隙和離子射束出射孔足夠接近光軸，則下部偏轉(zhuǎn)器不是必要的。 申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通常，當(dāng)出射孔距離光軸108小于
5μ m時，下部偏轉(zhuǎn)器不是必要的。減少的電子射束偏轉(zhuǎn)可以降低電子射束中的光學(xué)像差，并且也將降低所要求的電子射束偏轉(zhuǎn)電壓。因為常規(guī)的機(jī)械對準(zhǔn)通常具有5um的相同的尺寸范圍，所以即使沒有使用腔室下面的偏轉(zhuǎn)器也可以認(rèn)為在該實施例中從出射孔隙出來的離子射束是對準(zhǔn)的。能夠由控制器控制偏轉(zhuǎn)路徑從而朝著多個腔室之一引導(dǎo)電子射束。
[0037]圖1OA和1B示出能夠以如下兩個不同的操作模式操作的根據(jù)本發(fā)明的離子和電子源的另一個實施例的側(cè)視圖:離子生成模式和電子生成模式。圖11-13示出在圖1OA和1B中示出的實施例的不同視圖。四個氣體腔室1002、1004、1006和1008被布置在環(huán)繞中心開口 1010的環(huán)中。該布置允許如下選項:引導(dǎo)來自電子源的電子射束110以使其通過中心開口 1010，借此旁路氣體腔室并且然后將隨后被聚焦到樣本上，借此除離子射束成像和處理之外還實現(xiàn)樣本的電子射束成像和處理。每個氣體腔室可以包含任何種類的氣體。在圖1OA中，本發(fā)明作為離子源操作。在圖1OA中，將電子射束110偏轉(zhuǎn)到氣體腔室1002的入射孔隙中。偏轉(zhuǎn)器能夠?qū)⑸涫D(zhuǎn)到氣體腔室1002、1004、1006和1008中的任何一個中，并且能夠通過朝著具有不同的氣體種類的不同的腔室引導(dǎo)射束來快速地改變偏轉(zhuǎn)路徑以選擇不同種類的離子。離子射束1024從氣體腔室1002的出射孔隙出來，并且通過下部偏轉(zhuǎn)器152和154被偏轉(zhuǎn)到光軸108上并且被引導(dǎo)朝向用于處理的樣本。在圖1OB中，本發(fā)明作為電子源操作，因為電子射束110沒有被偏轉(zhuǎn)到氣體腔室中并且通過中心開口 1010。電子射束110旁路多個氣體腔室并且隨后被聚焦到樣本上。在某些實施例中，電子射束在從電子源產(chǎn)生之后保持在光軸上并且不需要被偏轉(zhuǎn)。
[0038]在陣列的中心的開口 1010允許電子射束未受干擾地通過。專家將認(rèn)識到，在一些處理和/或成像應(yīng)用中，由于電子的不同屬性，其相對于離子是有利的。例如，由于電子的較小尺寸，其對于某些表面下成像應(yīng)用是有利的。該實施例因此允許在多個離子種類之間切換，并且進(jìn)一步允許從離子射束到電子射束的快速切換并且反之亦然，以用于樣本處理。能夠改變偏轉(zhuǎn)路徑以朝著多個腔室中的任何一個來引導(dǎo)電子射束以產(chǎn)生某種類的離子或者朝著開口引導(dǎo)電子射束以保持電子射束。也能夠在本發(fā)明的實施例中容易地實施氣體腔室的變化的配置和幾何形狀。在某些實施例中，偏轉(zhuǎn)沒有被激活以便電子射束通過中心開口，并且然后偏轉(zhuǎn)被激活以朝著腔室之一來偏轉(zhuǎn)射束以產(chǎn)生某種類的離子。
[0039]圖11示出在圖1OA和1B中示出的實施例的頂視圖。圖12示出在圖1OA和1B中示出的實施例的側(cè)視圖。多個腔室各自具有入射孔隙1102和用于從腔室出射的、優(yōu)選地直接地在入射孔隙的下面的出射孔隙。圖13示出圖1OA和1B中所示出的實施例的剖面等尺寸視圖，其圖示出多個腔室中的每一個中的入射孔隙1102和出射孔隙1302。在圖13中，朝著腔室1006引導(dǎo)電子射束110以選擇與腔室1006內(nèi)的氣體有關(guān)的離子種類，從而產(chǎn)生離子射束1310。盡管圖示出四個腔室，但專家將認(rèn)識到，能夠基于某些聚焦離子射束應(yīng)用的需要來增大或減小腔室的數(shù)量。
[0040]在本發(fā)明的范圍內(nèi)，諸如各種二維陣列之類的氣體腔室的其它布置也是可能的，例如3乘2、4乘2，或5乘2陣列。在任何數(shù)量的腔室的情況下，氣體腔室的環(huán)形陣列也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0041]圖14示出其中偏轉(zhuǎn)器被自動化為在不同的離子種類之間自動地切換的本發(fā)明的實施例。偏轉(zhuǎn)器104、106、152和154連接到控制器1402，其控制初始電子射束110的偏轉(zhuǎn)路徑。在操作期間，用戶能夠快速地選擇所期望的下一離子種類，并且能夠自動地調(diào)整偏轉(zhuǎn)器以將電子射束引導(dǎo)到包含期望的氣體種類的通道。在多個腔室之一允許電子射束不受干擾地通過的實施例中，用戶也能夠從某些種類的離子射束快速地切換到電子射束。 申請人:注意到，如在本申請中使用的術(shù)語“連接”和“連接的”不限于物理連接并且也能夠包括在現(xiàn)有技術(shù)中公知的無線通信。在一個實施例中，控制器1402也被連接到程序存儲器1404，其能夠存儲從用戶輸入的指令集合。用戶能夠輸入以指定時間間隔在不同的離子種類之間進(jìn)行切換的例程或方法。指令優(yōu)選地包括諸如處理時間、射束停留時間之類的處理參數(shù)，和/或關(guān)于切換到不同種類的適當(dāng)時間的指令。也能夠改變偏轉(zhuǎn)器的數(shù)量以滿足不同的應(yīng)用要求。此外，能夠使用氣體通道的不同的數(shù)量和布置。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，一種帶電粒子射束系統(tǒng)包括:電子源，用于在真空腔室內(nèi)沿著光軸提供電子射束；多個通道，多個通道中的至少一個具有氣體入口并且適合于包含氣體來與電子相互作用以產(chǎn)生離子；第一偏轉(zhuǎn)器，用于選擇性地將電子射束偏轉(zhuǎn)到多個通道中的不同的通道中；一個或多個提取器電極，用于從多個通道提取離子；和第二偏轉(zhuǎn)器，用于將所提取的離子與光軸對準(zhǔn)。
[0042]在一些實施例中，帶電粒子射束系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于將所提取的離子聚焦到工件上的聚焦透鏡。在一些實施例中，多個通道中的每一個包括用于連接到氣體源的入口。在一些實施例中，第一偏轉(zhuǎn)器包括兩個部分:使電子射束偏轉(zhuǎn)而遠(yuǎn)離光軸的第一部分以及使電子偏轉(zhuǎn)到與第一光軸平行的且與多個通道之一同心的第二光軸上的第二部分。在一些實施例中，第二偏轉(zhuǎn)器包括兩個部分:使離子射束偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離第二軸的第一部分以及使離子偏轉(zhuǎn)到第一光軸上的第二部分。
[0043]在一些實施例中，帶電粒子射束系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制器，用于控制來自第一偏轉(zhuǎn)器的電子的對準(zhǔn)和來自第二偏轉(zhuǎn)器的離子的對準(zhǔn)。在一些實施例中，帶電粒子射束系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于輸入用于處理樣本的指令的程序存儲器，指令包括在樣本處理期間從第一離子種類切換到第二離子種類。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，一種提供用于帶電粒子射束應(yīng)用的多個帶電粒子種類的方法，包括:生成電子的射束；沿著第一路徑將電子射束引導(dǎo)到第一通道中以與通道中的氣體相互作用，從而產(chǎn)生第一種類的離子；從第一通道提取離子；將離子引導(dǎo)到工件上；以及沿著第二路徑弓I導(dǎo)電子以在工件處提供不同種類的帶電粒子。
[0045]在一些實施例中，沿著第二路徑引導(dǎo)電子包括:將電子射束引導(dǎo)到包含氣體的第二通道中以產(chǎn)生第二種類的離子，并且進(jìn)一步包括:從第二通道提取第二種類的離子；以及將第二種類的離子引導(dǎo)到工件上，該方法提供用于在不使包含工件的真空開口的情況下在要被朝著工件引導(dǎo)的不同種類的離子之間切換。
[0046]在一些實施例中，在小于0.1秒中執(zhí)行從沿著第一路徑引導(dǎo)電子射束切換到沿著第二路徑引導(dǎo)電子以在工件處提供不同種類的帶電粒子。在一些實施例中，在小于0.05秒中執(zhí)行從沿著第一路徑引導(dǎo)電子射束切換到沿著第二路徑引導(dǎo)電子以在工件處提供不同種類的帶電粒子。
[0047]在一些實施例中，沿著第一路徑引導(dǎo)電子或沿著第二路徑引導(dǎo)電子包括使電子從第一光軸偏轉(zhuǎn)和將電子偏轉(zhuǎn)到與第一光軸平行的路徑上。在一些實施例中，將離子引導(dǎo)到工件上或在工件處提供不同種類的帶電粒子離子包括使離子或不同種類的帶電粒子偏轉(zhuǎn)回到第一光軸上。在一些實施例中，在第一路徑和第二路徑之間進(jìn)行切換的步驟被自動化。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，一種帶電粒子射束系統(tǒng)包括:電子源，用于提供電子；第一通道，具有氣體入口并且適合于包含氣體來與電子相互作用從而產(chǎn)生離子；第一偏轉(zhuǎn)器，用于將電子與第一通道對準(zhǔn)或用于將第一通道旁路；提取器，用于從第一通道提取離子；和第二偏轉(zhuǎn)器，用于將所提取的離子或電子與聚焦鏡筒對準(zhǔn)。
[0049]在一些實施例中，帶電粒子射束系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個或多個附加通道，其適合于包含氣體來與電子相互作用以產(chǎn)生離子。在一些實施例中，第一偏轉(zhuǎn)器能夠被偏置為將電子與第一通道、一個或多個通道對準(zhǔn)，或者用于旁路包含氣體的通道。在一些實施例中，用于將電子與第一通道對準(zhǔn)或用于旁路第一通道的第一偏轉(zhuǎn)器包括用于將電子與第一通道對準(zhǔn)或用于將電子射束與不包含氣體的通道對準(zhǔn)的偏轉(zhuǎn)器。
[0050]在一些實施例中，帶電粒子射束系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于控制來自第一偏轉(zhuǎn)器的電子的對準(zhǔn)的控制器。在一些實施例中，帶電粒子射束系統(tǒng)進(jìn)一步包括存儲用于處理樣本的指令的程序存儲器，指令包括在將電子與第一通道對準(zhǔn)與將第一通道旁路之間進(jìn)行切換。
[0051]為了本發(fā)明的目的，術(shù)語“通道”與術(shù)語“腔室”是可互換的。上面所述的本發(fā)明具有寬泛的適用性并且能夠提供許多如在以上的示例中所描述和示出的益處。實施例將取決于特定應(yīng)用而大大地變化，并且并非每個實施例都將提供所有益處并且滿足通過本發(fā)明可實現(xiàn)的所有目標(biāo)。雖然許多先前的描述涉及FIB研磨的使用，但用于處理期望的TEM樣本的研磨射束能夠包括來自例如液態(tài)金屬離子源或等離子體離子源的例如電子射束、激光射束或聚焦或成形離子射束，或任何其他帶電粒子射束。此外，盡管許多先前的描述是針對半導(dǎo)體晶圓，但本發(fā)明能夠被應(yīng)用于任何適當(dāng)?shù)囊r底或表面。在其他的實施例中，可以使用在一個實施例中描述的或被描述為現(xiàn)有技術(shù)的部分的材料和結(jié)構(gòu)。盡管本發(fā)明將描述為適合于提供高亮度離子源，但本發(fā)明不限于高亮度應(yīng)用。
[0052]盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明和其優(yōu)點，但應(yīng)當(dāng)理解，在不背離如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在這里做出各種改變、替換和更改。此外，本申請的范圍不意圖被限制為說明書中所描述的過程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法和步驟的特定實施例。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將根據(jù)本發(fā)明的公開容易地理解的，可以根據(jù)本發(fā)明來利用與在本文描述的對應(yīng)的實施例執(zhí)行基本上相同的功能或?qū)崿F(xiàn)基本上相同的結(jié)果的目前存在的或稍后將被開發(fā)的過程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟。相應(yīng)地，所附權(quán)利要求意圖在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟。在所附權(quán)利要求中以開放方式使用的術(shù)語“包括”和“包含”，并且它們因此應(yīng)當(dāng)被解釋為表示“包括但不限于…”的意義。
【權(quán)利要求】
1.一種帶電粒子射束系統(tǒng)，包括: 電子源，用于在真空腔室內(nèi)沿著光軸提供電子射束； 多個通道，所述多個通道中的至少一個具有氣體入口并且適合于包含氣體來與電子相互作用以產(chǎn)生離子； 第一偏轉(zhuǎn)器，用于選擇性地將電子射束偏轉(zhuǎn)到所述多個通道中的不同的通道中； 一個或多個提取器電極，用于從所述多個通道提取離子；和 第二偏轉(zhuǎn)器，用于將所提取的離子與光軸對準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電粒子射束系統(tǒng)，進(jìn)一步包括:用于將所提取的離子聚焦到工件上的聚焦透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的帶電粒子射束系統(tǒng)，其中所述多個通道中的每一個包括用于連接到氣體源的入口。
4.根據(jù)在先權(quán)利要求中的任何一項所述的帶電粒子射束系統(tǒng)，其中第一偏轉(zhuǎn)器包括兩個部分:使電子射束偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離光軸的第一部分以及使電子偏轉(zhuǎn)到第二光軸上的第二部分，第二光軸與第一光軸平行且與所述多個通道之一同心。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶電粒子射束系統(tǒng)，其中第二偏轉(zhuǎn)器包括兩個部分:使離子射束偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離第二軸的第一部分以及使離子偏轉(zhuǎn)到第一光軸上的第二部分。
6.根據(jù)在先權(quán)利要求中的任何一項所述的帶電粒子射束系統(tǒng)，進(jìn)一步包括:控制器，用于控制來自第一偏轉(zhuǎn)器的電子的對準(zhǔn)和來自第二偏轉(zhuǎn)器的離子的對準(zhǔn)。
7.根據(jù)在先權(quán)利要求中的任何一項所述的帶電粒子射束系統(tǒng)，進(jìn)一步包括:程序存儲器，用于輸入用于處理樣本的指令，所述指令包括在樣本處理期間從第一離子種類切換到第二離子種類。
8.一種提供用于帶電粒子射束應(yīng)用的多個帶電粒子種類的方法，包括: 生成電子射束； 沿著第一路徑將電子射束引導(dǎo)到第一通道中以與通道中的氣體相互作用，從而產(chǎn)生第一種類的離子； 從第一通道提取離子； 將離子引導(dǎo)到工件上；以及 沿著第二路徑弓I導(dǎo)電子以在工件處提供不同種類的帶電粒子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，沿著第二路徑引導(dǎo)電子包括將電子射束引導(dǎo)到包含氣體的第二通道中以產(chǎn)生第二種類的離子，并且進(jìn)一步包括: 從第二通道提取第二種類的離子；以及 將第二種類的離子引導(dǎo)到工件上，該方法提供用于在不使包含工件的真空開口的情況下在要被朝著工件引導(dǎo)的不同種類的離子之間切換。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中，在小于0.1秒中執(zhí)行從沿著第一路徑引導(dǎo)電子射束切換到沿著第二路徑引導(dǎo)電子以在工件處提供不同種類的帶電粒子。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中的任何一項所述的方法，其中，在小于0.05秒中執(zhí)行從沿著第一路徑引導(dǎo)電子射束切換到沿著第二路徑引導(dǎo)電子以在工件處提供不同種類的帶電粒子。
12.根據(jù)權(quán)利要求8-11中的任何一項所述的方法，其中，沿著第一路徑引導(dǎo)電子或沿著第二路徑引導(dǎo)電子包括使電子從第一光軸偏轉(zhuǎn)和將電子偏轉(zhuǎn)到與第一光軸平行的路徑上。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12中的任何一項所述的方法，其中，將離子引導(dǎo)到工件上或在工件處提供不同種類的帶電粒子離子包括使離子或不同種類的帶電粒子偏轉(zhuǎn)回到第一光軸上。
14.根據(jù)權(quán)利要求8-13中的任何一項所述的方法，其中，在第一路徑和第二路徑之間進(jìn)行切換的步驟被自動化。
15.一種帶電粒子射束系統(tǒng)，包括: 電子源，用于提供電子； 第一通道，具有氣體入口并且適合于包含氣體來與電子相互作用以產(chǎn)生離子； 第一偏轉(zhuǎn)器，用于將電子與第一通道對準(zhǔn)或用于將第一通道旁路； 提取器，用于從第一通道提取離子；和 第二偏轉(zhuǎn)器，用于將所提取的離子或電子與聚焦鏡筒對準(zhǔn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的帶電粒子射束系統(tǒng)，進(jìn)一步包括:一個或多個附加通道，適合于包含氣體來與電子相互作用以產(chǎn)生離子。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的帶電粒子射束系統(tǒng)，其中第一偏轉(zhuǎn)器能夠被偏置為將電子與第一通道、一個或多個通道對準(zhǔn)，或者用于旁路包含氣體的通道。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或權(quán)利要求17所述的帶電粒子射束，其中，用于將電子與第一通道對準(zhǔn)或用于旁路第一通道的第一偏轉(zhuǎn)器包括用于將電子與第一通道對準(zhǔn)或用于將電子射束與不包含氣體的通道對準(zhǔn)的偏轉(zhuǎn)器。
19.根據(jù)權(quán)利要求15-18中的任何一項所述的帶電粒子射束系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于控制來自第一偏轉(zhuǎn)器的電子的對準(zhǔn)的控制器。
20.根據(jù)權(quán)利要求15-19中的任何一項所述的帶電粒子射束系統(tǒng)，進(jìn)一步包括存儲用于處理樣本的指令的程序存儲器，所述指令包括在將電子與第一通道對準(zhǔn)與將第一通道旁路之間進(jìn)行切換。
【文檔編號】H01J37/08GK104380425SQ201380033434
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】G.A.施溫德, N.W.帕克 申請人:Fei 公司