聚焦离子束低千伏增强制造技术

本发明专利技术提供了一种带电粒子束系统，其中，聚焦离子束柱的中间段被偏置到高负电压，该电压允许该束在比该柱的那个区段内的最终束能量更高的电势下移动。在低kV电势下，减少了色差和库仑相互作用，这使斑点尺寸产生显著改进。

【技术实现步骤摘要】
聚焦离子束低千伏增强 专利技术
本专利技术涉及带电粒子束系统，如聚焦离子束系统。 专利技术背景聚焦离子束系统将带电粒子引导至工件或靶体上，以便对工件进行加工或以便形成工件的图像。带电粒子束系统用在例如集成电路制造和其他纳米技术加工中。带电粒子束系统典型地包括粒子源、束消隐装置、加速透镜、聚焦光学器件和偏转光学器件。高分辨率聚焦离子束(FIB)已经被证明对多种任务而言是有用的，如显微术、光亥IJ、微机械加工(离子铣削和材料沉积)以及掺杂剂注入。许多年来，已经为聚焦离子束应用开发出多种离子源，包括气相场致电离、等离子体和液态金属。迄今为止，在所有开发的源中，液态金属离子源(LMIS)已经被证明是最有用的并且是当今最广泛使用的。液态金属离子源的有用性根本上源于其非常高的亮度，该亮度允许以近似IOnm量级的斑点尺寸产生聚焦离子束同时将电流维持在IpA至IOpA的范围内。这些特征赋予聚焦离子束必要的分辨率和离子电流来执行一系列现有技术水平纳米技术任务。尽管其广泛使用，但现有离子源具有局限性，这些局限性妨碍了向更广应用和更高分辨率的进步。聚焦离子束(其中在靶体处的高着陆能量高于5keV)的使用会对工件造成显著破坏。然而，具有低着陆能量的束的使用产生制作薄层所需的差斑点尺寸性能。相应地，需要一种具有低keV着陆能量但有效斑点尺寸的聚焦离子束的改进系统和策略。可以用低C物镜或四极管/五极管可切换透镜来实现低keV改进的聚焦离子束。浸入比率越高，阴极透镜就变得越强。随着浸入比率k的增加，轴向色差系数显著地降低。例如，色差系数C与浸入比率k几乎成反比，该色差系数在低着陆能量下对分辨率具有重要影响。这在不使用束减速度的情况下看到的低束能量下引起部分补偿束直径退化。但对使用低C物镜和四级管/五极管可切换透镜的性能改进是非常小的并且对使超薄透镜成像和对其进行创造而言是不足够的。此外，难于使来自源的离子加速而不在合成束中引起大的能量分散。离子源的空间范围越大，就越难于将离子聚焦成一个点。系统的改进需要产生更小的探针尺寸和产生这种系统理论上能够产生的分辨率。聚焦光学器件使束在靶体的表面上聚焦成一个斑点或一个预定义的形状。聚焦光学器件典型地包括聚束透镜和物镜的组合。透镜可以是静电的、磁性的、或两者的各种组合。带电粒子透镜(像光透镜)具有防止粒子聚焦到清晰图像的色差。色差对传递通过透镜中心的带电粒子而言是最小的，并且色差随着距离透镜中心的距离的增加而增加。因此，对带电粒子束而言，令人希望是在非常接近透镜中心处传递。因为束中全都具相同电荷的粒子相互排斥，所以出现一种被称为“束相互作用”的类型的色差。粒子距离彼此越近，斥力就越大。因为粒子在传递通过物镜后典型地会聚，所以令人希望的是将物镜定位得离工件尽可能近，以减少粒子聚焦成一条紧束的时间。物镜与工件之间的距离被称为“工作距离”。偏转光学器件将束引导至工件表面的多个点上(被称为“停留点(dwell point) ”或“像素”)。例如，可以用光栅图案、蛇形图案引导束，或将其引向一任意序列的单独点。束将典型地停留在一个点上持续一段规定的时期(被称为“停留时期(dwell period)”)来输送规定“剂量”的带电粒子，并且然后被偏转至下一个停留点。停留时期的持续时间被称为“停留时间(dwelltime)”或“像素速率”。(虽然像素“速率”更准确地被称为每秒扫描的像素数量，但该术语还用来指示束保持在每个像素处的时间。)偏转光学器件可以是磁性的或者静电的。在聚焦离子束系统中，偏转光学器件典型地是静电的。用于聚焦离子束的静电偏转器典型地是八极的，即，每个偏转器包括八块分布在圆周周围的板。不同的电压施加在这八个板上以使束在不同方向上偏转远离光轴。如果将偏转器放置在物镜下方，则束可以传递通过物镜的中心以使色差最小化。例如，在本专利技术的受让人FEI公司销售的VisION系统中使用这种配置。然而，将偏转器放置在物镜下方增加了工作距离，从而增加束色差。为了最小化工作距离，我们可以将偏转器放置在物镜上方。然而，在偏转器在透镜上方的情况下，当使束偏转时，其移动远离透镜的中心，从而增加某些色差。为了解决此问题，许多聚焦离子束系统实用两级偏转器。需要一种可以实现需要的最优斑点尺寸的聚焦离子束，以在超薄薄片上工作，而在靶体处没有高着陆能量。 专利技术概述本专利技术的目标是提供一种用于使用低kV形成基本上从常规斑点尺寸改进而来的聚焦离子束斑点尺寸的方法和装置。本专利技术由以下内容组成:使FIB柱的中间段偏置到允许该束在比该柱的区段内的最终束能量更高的电势下移动的高负电压，这有助于减少色差和库仑相互作用。结果是低kV下的斑点尺寸具有显著的改进。为了可以更好地理解以下本专利技术的详细说明，上文已经相当广泛地概述了本专利技术的特征和技术优点。下文将描述本专利技术的附加特征和优点。本领域技术人员应认识到所披露的概念和具体实施例可容易地用作改进或设计用于实施本专利技术相同目的其他结构的基础。本领域的技术人员还应认识到这些同等构造不脱离如所附权利要求中所阐明的本专利技术的精神和范围。 附图简要说明为了更加彻底地理解本专利技术及其优点，现在结合附图参考以下说明，其中:图1A示出了典型聚焦离子束系统的示意性横截面图。图1B示出了包含接地中间段的典型聚焦离子束系统。图2示出了具有增压器管的聚焦离子束的示意性横截面图。图3A至图3C示出了在具有增压器管的系统vs没有增压器管的系统中探针尺寸与探针电流之间的关系。 优选实施方案的详细描述本专利技术通过将聚焦离子束柱的中间段偏置到高负电压使聚焦离子束产生的斑点尺寸得到显著改进。图2示出了根据本专利技术的实施例的具有电子源102的聚焦离子束柱101。电子源102具有横贯聚焦离子束柱101的长度并且被引导至靶体106的光轴。聚焦离子束柱101由两个透镜系统104、105组成。透镜系统104由三个电极110、111和112组成。透镜系统105由三个电极113、114和115组成。根据本专利技术的实施例，聚焦离子束柱101的中间段由增压器管120组成。增压器管可以由封装聚焦离子束柱101的中间组件的管组成。增压器管120的管可以由多种材料制成，如钛合金，其允许管内的组件与接地电势电绝缘。增压器管120不一定必须由实体管组成。其还可以被称为包括聚焦离子束柱101的中间段的系统，其中，该中间段可以被设置到更高的电压水平。在图2中，增压器管120由透镜112、限束孔径(BDA) 130、柱隔离阀(CIV) 132的差分泵送孔径(DPA) 131、转向极133和法拉第杯134、扫描八极135和透镜113构成。术语“限束孔径(BDA) ”通常用于描述盘形的元件本身和孔、或孔径。BDA中的孔径明显小并且只允许初始束的一小部分传递通过靶体106。DPA131放置在能够使装置在真空室和柱内的不同真空水平下操作的柱内。万一出现室真空损失，CIV132可以存在用于在使真空密封并保护离子源和聚焦柱装置。束消隐装置给予使束消隐从而使得没有离子可以碰撞工件的选项。可以使用可选法拉第杯134测量离子束电流。通过扫描板135来跨靶体106的表面扫描聚焦离子束。通常，在现有技术聚焦离子束柱中，聚焦离子束柱101的中间段接地至0V。图1A中示出了这种情况，其中没本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：    用于在靶体上使用的初级离子束源；    具有增压器管的聚焦离子束柱，该增压器管被偏置到高负电压，其中，该增压器管包括第一透镜的电极、第二透镜的电极、以及一个或多个静电扫描偏转器，其中，所述偏转器电极被该增压器管偏置负电压引用。

【技术特征摘要】
2013.02.27 US 13/7791421.一种装置，包括: 用于在靶体上使用的初级离子束源； 具有增压器管的聚焦离子束柱，该增压器管被偏置到高负电压，其中，该增压器管包括第一透镜的电极、第二透镜的电极、以及一个或多个静电扫描偏转器，其中，所述偏转器电极被该增压器管偏置负电压引用。2.如权利要求1所述的装置，其中，该增压器管具有两种模式，可以接地的第一模式和其中将该增压器管偏置到负高电压的第二模式。3.如权利要求2所述的装置，其中，该负高电压低于5kV。4.如权利要求3所述的装置，其中，该负高电压在IkV和3 kV之间。5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，该聚焦离子束柱在该初级离子束源和该增压器管之间包含至少一个电极。6.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，该聚焦离子束柱在该增压器管和该靶体之间包含至少一个电极。...

【专利技术属性】
技术研发人员：M马佐斯，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：美国;US