带电粒子能量滤波器制造技术

多元件静电西肯能量滤波器，其中向双极元件添加静电四极和六极激励。按照本发明专利技术的具有能够产生孔口处的线焦点的双极、四极和六极元件的组合的带电粒子能量滤波器降低空间电荷效应和孔口损坏。一个优选实施例允许滤波器充当共轭消隐系统。能量滤波器能够使能量扩展变窄，以便产生较小射束。?

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改进带电粒子束装置，以及更具体来说涉及用于改进这种装置中的射束质量和研磨(milling)质量的能量滤波器。
技术介绍
在聚焦离子束(FIB)系统中，离子从源被抽取，形成为射束，经过聚焦并且跨衬底扫描，以便形成特征的图像以研磨特征或者从气体环境沉积材料。当特征变得越来越小时，必须优化FIB系统以提供更高质量射束，该射束是较小的更聚焦射束点，其中电流的分布应当尽可能紧凑。若干因素降低FIB的电流分布的质量。对于使用液态金属离子源(LMIS)的离子柱，低至中等射束电流的降低射束质量的主要原因是色差。从液态金属离子源所发射的镓离子具有作为本征和粒子交互的组合的能量分布；后一分量通常称作Boersch效应。前者非常复杂，因为存在形成离子的若干不同机制。色差是不同能量的粒子通过离子柱中的透镜聚焦在不同位置的结果。色差引起射束电流分布随离子的能量扩展(ΛΕ)而改变。如果在直方图上绘制离子束中的离子的能量以示出在各能量值处的离子的发生频率，则图表将在“标称”能量值处具有峰值，对于峰值之上和之下的能量迅速降低，并且然后更缓慢地逐渐减小。图表逐渐减小的区域称作射束“尾部”。能量扩展ΛE通常作为“全宽半高”来测量，即，在峰值的任一侧上的最大峰值的一半处的点之间的能量。在典型镓液态金属离子源中，电流为I PA至数百ηΑ的射束中的能量扩展通常在来自源的1.5至2.5 μ A的发射电流处大约为5 eV。图1A-1C是示出射束能量尾部对光致抗蚀剂的离子束研磨的影响的显微照片。图1A-1C所示的特征使用射束电流为0.2 ηΑ的金硅离子源来研磨。图1A中，施加射束两秒，以便提供每cm2为4Χ IO14离 子的剂量。射束在正方形图案中移动，以便研磨一侧的中心正方形100 nm。具有离开峰值的能量的能量尾部的离子在离子柱中以不同方式偏转并且超出正方形之外，从而将光致抗蚀剂略微向外研磨成圆形102。图1B中，施加射束10秒，以便获得每cm2为2 X IO15离子的总离子剂量。具有特定能量值的离子的相对数量随特定能量值更远离标称射束值而减少。也就是说，离子的数量随能量值变得更远离标称值而变小。但是，当离子的总数增加时，具有更远离标称值的能量的离子的数量也将增加。研磨操作时间越长，则将看到能量尾部的更为向外的离子的更大影响。圆形102在图1B比在图1A中要宽，因为尾部中离标称值更远的离子因其增加的数量而具有增加的影响。图1C中，施加射束100秒以获得每cm2为2Χ1016Β 的总离子剂量，并且圆形102随更远离标称能量值的离子的数量增加而甚至更宽，并且影响更为可见。对于电子束成像系统，成像锐度是与来自源大小、衍射和球面像差的贡献相结合的聚焦柱中的色差的函数。色差与电子的能量扩展成比例，因此，如果能量滤波器用于电子束柱中，则可实现较小射束，由此改进成像锐度。—种类型的现有技术能量滤波器是“西肯”(chicane)双弯曲能量滤波器，其中带电粒子束通常通过沿柱向下串联的、通常位于上柱与最终透镜之间的四个双极偏转器轴外地并且然后又轴上地接合。在西肯的第二与第三偏转器之间，通常定位了刀口或圆孔口，以便分别阻止高通滤波器的标称能量之下或者带通滤波器的标称能量范围之内的离子通过。在任一种情况下，由于射束通过能量滤波器上方的透镜聚焦到孔口平面处的交叉，所以增加的空间电荷效应将不可避免地发生。这些效应增加射束的能量扩展-称作“Boersch效应”-以及射束的横向空间加宽-称作“Loeffler效应”。图2是包括四个双极元件202、204、206和208的现有技术西肯能量滤波器200的等距视图。对于适当的能量滤波，位于柱上方的透镜(在这里未示出)将带电粒子束聚焦到孔口部件210之内的孔口的平面的圆点(未示出)中。对于高通或低通能量滤波，孔口可以是刀口或缝隙。对于带通能量滤波，孔口可以是缝隙或圆孔。在现有技术的这些情况的任一个中，射束电流密度将通常在孔口处极高，因为射束沿扩散轴(在这个视图中为垂直的)以及垂直于扩散轴(在这个视图中为右上到左下)聚焦。因此，对于离子和电子束，强空间电荷交互可在孔口处或附近发生。对于离子束，这种高射束电流密度还将产生能量滤波器的带通外部的所有那些离子的孔口的不期望溅射。将四个元件202、204、206和208作为双极来激励，以便在孔口处提供所需射束偏移。在这个图示中，202、204、206和208已实现为八极，各具有八个单独可激励电极，这是现有技术中已知的对于较宽物理孔口来改进静电场均匀性的一般惯例，由此降低光学像差。在现有技术中，备选地已知将元件202、204、206和208实现为平行平坦静电电极对或者实现为四极。在现有技术西肯能量滤波器中，使射束聚焦在孔口平面，并且使具有最终射束中不期望的能量的那些离子碰撞孔口，由此阻止它们传递到最终透镜中。由于这些被阻止射束的高射束电流密度和能量(通常为能够高达30-40 keV的最终射束能量)，孔口的溅射可能是显著的，有时引起完全通过孔口的溅射孔。一旦发生这种情况，则带电粒子束系统必须打开以便更换被损坏的孔口。在某些FIB柱中,射束消隐器是单个偏转元件,这意味着不可能使射束被“共轭消隐”，“共轭消隐”会允许射束继续和消失，而在样本处没有任何射束运动。当使用单个偏转元件作为射束消隐器时，当射束在轴外偏转以便防止其到达样本时，射束同时在样本处移动，从而使射束暴露，并且由此研磨不是预计由射束来处理的区域。另外，在一些电流FIB柱中，一些粒子作为中子离开源，或者在最终透镜之前在柱中中性化。由于这些粒子不带电，所以它们无法聚焦到目标上，并且引起可导致不希望研磨或者图像对比度的损失的宽中性背景。因此，期望能够在射束进入最终透镜之前将这个背景从射束中去除。现有技术西肯滤波器在能量过滤孔口处采用圆焦点，并且受到空间电荷效应和孔口损坏的不利影响。因此，还需要一种能够降低对成像和研磨锐度以及孔口使用寿命的这些不利影响的能量滤波器。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决现有技术的这些问题并且提供增强用于样本的研磨和/或成像的射束质量的系统和方法。按照本专利技术的优选实施例，向西肯能量滤波器的双极元件添加静电四极和六极激励将射束形成为西肯的第二与第三元件之间定位的孔口处的线焦点。申请人已经发现，这种添加通过使线焦点在孔口平面更尖锐和更直来进一步改进能量分辨率。在一些实施例中，西肯能量滤波器能够用作共轭消隐器。以上较为广泛地概述了本专利技术的特征和技术优点，以便可以更好地理解下面对本专利技术的详细描述。下面将描述本专利技术的附加特征和优点。本领域的技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可易于用作修改或设计用于执行本专利技术相同目的的其它结构的基础。本领域的技术人员还应当知道，这类等效构造没有背离所附权利要求书所提出的本专利技术的精神和范围。附图说明为了更透彻地理解本专利技术及其优点，现在参照以下结合附图的描述，附图包括: 图1A-1C是示出射束能量尾部的效应的显微照片； 图2是包括四个双极元件的现有技术西肯能量滤波器的等距视 图3是按照本专利技术的一个优选实施例、包括具有双极、四极和六极激励的四个八极元件的能量滤波器的等距视 图4是示出通过滤波器的带电粒子束通路的图3的能量滤波器的剖面等距视 图5是图3的能量滤波器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于带电粒子束系统的能量滤波器，包括：用于传递经过所述能量滤波器的带电粒子束的入口和出口，所述带电粒子束沿轴定向到所述能量滤波器中；?串行定位的至少四个偏转器，用于聚焦和偏转经过所述能量滤波器的带电粒子；定位在两个所述偏转器之间的孔口；?其中施加到偏转器系列的双极激励能够用于将带电粒子束偏转到轴外并且然后偏转回轴上；以及四极激励能够用于将所述带电粒子束形成为所述孔口处的线焦点。

【技术特征摘要】
2011.11.08 US 61/557375;2012.08.31 US 13/6018181.一种用于带电粒子束系统的能量滤波器，包括: 用于传递经过所述能量滤波器的带电粒子束的入口和出口，所述带电粒子束沿轴定向到所述能量滤波器中； 串行定位的至少四个偏转器，用于聚焦和偏转经过所述能量滤波器的带电粒子； 定位在两个所述偏转器之间的孔口； 其中施加到偏转器系列的双极激励能够用于将带电粒子束偏转到轴外并且然后偏转回轴上；以及 四极激励能够用于将所述带电粒子束形成为所述孔口处的线焦点。2.按权利要求1所述的能量滤波器，其中，所述孔口是刀口孔口或缝隙孔口。3.按权利要求2所述的能量滤波器，其中，所述孔口是横向测量1-3ym的缝隙孔口。4.按权利要求2所述的能量滤波器，其中，所述孔口是跨所述缝隙测量500nm以下的缝隙孔口。5.按权利要求1所述的能量滤波器，其中，所述线焦点至少为分别在所述能量滤波器的入口和出口处的入局和出局射束的直径的两倍长。6.按权利要求1所述的能量滤波器，其中，所述孔口定位在所述第二与第三偏转器之间。7.以上权利要求中的任一项所述的能量滤波器，其中，所述偏转器包括各具有八个单独激励电极的至少四个八极。8.按权利要求7所述的能量滤波器，其中，所述八极全部是静电的。9.以上权利要求中的 任一项所述的能量滤波器，其中，从柱第一阶光学器件的角度并且关于空间电荷射束拓宽，实际上不存在交叉。10.以上权利要求中的任一项所述的能量滤波器，其中，所述能量滤波器的入口轴与所述出口轴是同轴的。11.以上权利要求中的任一项所述的能量滤波器，还包括用于所述射束的共轭消隐的能力。12.以上权利要求中的任一项所述的能量滤波器，其中，所述能量滤波器的最终元件可兼作射束扫描的上偏转器。13.以上权利要求中的任一项所述的能量滤波器，其中，通过在所述能量滤波器中的孔口安装部件处阻止中性粒子从所述射束中将其去除。14.以上权利要求中的任一项所述的能量滤波器，其中，不要求将所述射束预先聚焦到所述孔口的平面中。15.一种带电粒子系统,包括: 带电粒子的源； 带电粒子束透镜；以及 如权利要求1所述的能量滤波器。16.一种用于带电粒子束系统的能量滤波器，包括: 西肯类型能量滤波器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：NW帕克，W休斯，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：