用于等离子体离子源的改进的成像和加工制造技术

申请人已发现，使用等离子体源的离子束系统中由高能离子与中性气体分子之间的电荷交换性相互作用产生的活跃中性粒子到达样本。这些活跃中性粒子产生了离开束冲击点的二次电子。解决这个问题的方法包括在该等离子源下方的多个差分泵送室以减少使这些离子与气体相互作用的机会。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】 申请人:已发现，使用等离子体源的离子束系统中由高能离子与中性气体分子之间的电荷交换性相互作用产生的活跃中性粒子到达样本。这些活跃中性粒子产生了离开束冲击点的二次电子。解决这个问题的方法包括在该等离子源下方的多个差分泵送室以减少使这些离子与气体相互作用的机会。【专利说明】用于等离子体离子源的改进的成像和加工
本专利技术涉及使用等离子体离子源的并且能够在工件上形成亚微米斑点的聚焦离子束系统。
技术介绍
聚焦离子束系统用于制造或改变微观或纳米观结构。一些聚焦离子束(FIB)柱使用等离子体离子源，如U.S.专利号7，241，361中所述的电感耦合等离子体(ICP)源，其被转让给本专利技术的受让人。使用如以上所述的等离子体离子源的聚焦离子束系统比使用液态金属离子源的系统具有若干个优点。例如，等离子体离子源能够提供更高的亮度并减少能量发散。等离子体离子源能提供各种离子种类，其中一些具有更高的溅射率并且不污染样本。图1示意性地示出了根据U.S.专利号7，241，361中所述的现有技术的ICP系统。系统100包括带有等离子体离子源的离子束柱102，该离子束柱包括等离子室104，该等离子室经进气口 106通过毛细管或流量限制器向该等离子室供应一种或多种气体。线圈107通过阻抗匹配电路耦合到射频(RF)源(未示出)，以供应能量使该等离子室104内的气体离子化。系统100优选地包括减少该离子束内的离子的能量发散的装置。这种装置可以包括分开的法拉第屏蔽以减少天线105和该等离子体或平衡天线之间的电容耦合。通过引出电极105将离子化的气体原子或分子从等离子室104引出出来，该引出电极通过孔径108拉出离子，该引出电极用作将该等离子体电性地偏置到高电势(其大于10，000 V)的源电极。离子朝向位于可调台112上的工件110加速。离子束系统通常还包括用于熄灭该离子束的束熄灭装置130、用于定位该束的束偏转器132、以及用于照准或聚焦离子化的分子的束的聚焦透镜134。典型地，仅该等离子室内很小百分比的原子或分子被离子化。中性原子可以通过该孔径(从该孔径引出这些离子)扩散。然而，这些中性原子具有很低的能量，因为该引出电极没有使它们加速。已认为极少数低能中性原子到达该工件，因为它们从该孔径朝任意方向扩散，与光学柱的元件碰撞，并且被真空泵清除。聚焦离子束系统还用于通过从工件蚀刻材料或将材料沉积在工件上形成微观结构。这些离子可以通过溅射，也就是从该离子到该工件内的原子的动量传递，将材料从表面清除。这些离子还可以激活前驱气体，这种前驱气体在存在该离子束的情况下分解以沉积材料或与靶材料形成一种挥发性化合物以加强靶的蚀刻。离子束系统还经常包括用于注入前驱气体140的进气口和用于将前驱气体的流引向该工件表面的针状体142。聚焦离子束系统通常还包括二次电子150,如Everhart-Thornley检测器,用于随着离子束扫描样本表面和该离子束冲击产生二次电子而形成影像。通过所检测到的二次离子的数量确定在各点的影像对比度。 申请人:已发现由来自等离子体源的离子束形成的二次电子影像可以具有出乎意料地差的对比度。因此，需要一种收集更高质量的二次电子影像和产生更高分辨率蚀刻或沉积的改进的装置和方法。
技术实现思路
本专利技术的目标是改进使用等离子体离子源的聚焦离子束系统的加工。 申请人:已发现高能离子和中性气体之间的碰撞产生冲击工件的高动能中性粒子，由此劣化了成像和加工。通过减少这些高能离子与从等离子室扩散出来的气体的接触，减少了到达样本表面的高动能中性离子的数量，改进了离子束成像和加工。在一个实施例中，一系列差分泵送室通过减少该离子束遇到的气体的量减少了高能离子和中性气体之间的碰撞的数量，由此减少了冲击该工件的高动能中性粒子的产生。为了可以更好地理解以下本专利技术的详细说明，前述内容已相当广泛地概述了本专利技术的特征和技术优点。下文将说明本专利技术的附加特征和优点。本领域的普通技术人员应认识到可以容易地利用所披露的概念和具体实施例，作为用于进行本专利技术的相同目的而修改或设计其他结构的基础。本领域的普通技术人员还应意识到这种等效构造不脱离所附权利要求书中所述的本专利技术的精神和范围。【专利附图】【附图说明】为了更加彻底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1示出了具有等离子体源的现有技术离子束系统的示意图。图2示出了本专利技术的一个四室实施例的示意图。图3示出了本专利技术的另一个实施例的示意图。图4是本专利技术的一个实施例的流程图。具体实施例离子被引出电极和负极加速，以高动能离开该离子室。这些离子形成束并且在聚集柱内聚焦，从而在工件上成细小的斑点。该束通常使用静电偏转器横穿样本表面被扫描。中性原子也通过孔径逃逸，但大多数低速中性气体粒子与该柱内的元件碰撞并且认为极少数到达工件。通过调查使用等离子体离子源产生的二次电子影像内的差对比度的原因， 申请人:已发现差对比度是由“活跃中性粒子”引起的。当带有相当可观能量的离子与该束路径内的气体分子以一种发生电荷交换的方式相互作用时产生“活跃中性粒子”。至少一些这些“活跃中性粒子”具有一个从原始离子的轨迹变化而来的最小轨迹变化，并且因为它们不能被聚焦或偏转，以一条直线行进到样本表面上。这些活跃中性粒子与样本的冲击释放出二次电子，但是因为这些中性原子没有与离子束一起被聚焦或被扫描，该二次电子电流从该样本的广大区域被发射出来。来自这些活跃中性粒子的二次电子电流构成在来自该束冲击点的二次电子信号之上检测到的“噪声”。该噪声减小了该离子束影像的对比度并且可以足够强从而能够消除该信号。这些活跃中性粒子还引起溅射，并且，若该室内存在前驱气体，该前驱气体的分解引起偏离该离子束冲击点的蚀刻或沉积。使用等离子体离子源的聚焦离子束系统过去通常不用于高精度的制造，因为来自该等离子体源等离子体的离子的高能量发散使得难于形成小斑点。例如在U.S.专利申请号8，053，725中所述的等离子体离子源可以提供离子束，在该离子束内，离子具有低能量发散。该等离子体离子源比液态金属离子源更通用并且可以产生更高精度的减小的束电流或高束电流。例如，等离子体离子源可以产生具有小于约10 eV的能量发散的束、和在约2PA电流小于约25 nm的斑点尺寸。随着使用等离子体离子源的高分辨率FIB的发展， 申请人:已生产了一种用于之前为液态金属离子源保留的应用中的系统。因为带有该等离子体离子源的FIB的高分辨率产生可能的新的应用，出现了之前未遇到过的新问题。降低的影像分辨率的问题为一个这种问题。在图1的系统中，通过孔径108从该等离子体源泄露出来的一些中性粒子可以穿过到达离子柱102。等离子室内的气体压力通常在约10_3 mbar和约I mbar之间变化，为从该离子源引出的离子和中性粒子之间的碰撞提供了充足机会，因此产生沿该离子柱指向的活跃中性粒子。由该引出电极105引出并且被该等离子体和该聚焦柱之间的电势差加速的离子与那些粒子碰撞并且有些被中性化，但保留大部分它们的能量和它们的朝向该工件的动量。那些活跃中性粒子到达该工件110。因为中性粒子不对聚焦透镜134的场作出响应，没有被孔径板120挡住的中性粒子被发散在该工件表面110的区域上，通常，这是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带电粒子束系统，包括：用于容纳等离子体的等离子室；用于将该等离子体偏置到至少10,000?V的电压的源电极；用于从该等离子室引出离子的引出电极；用于将离子聚焦成指向工件的束的聚焦透镜；用于容纳该工件的样本室，该样本室连接到真空泵；以及第一中间真空室，该第一中间真空室在一端连接到该等离子室上并且在另一端通过差分泵送孔径连接到该样本室或连接到一个或多个附加中间真空室，该第一中间真空室连接到真空泵，该第一中间真空室以及该一个或多个附加中间真空室减少了该离子束与中性气体粒子的碰撞，由此减少了冲击该工件的活跃中性粒子的产生。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T米勒，S克罗格，S张，M马佐斯，A格劳佩拉，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：