本发明专利技术涉及用于在靶处以不同束能量操作的聚焦带电粒子镜筒。一种在多个束能量具有改进性能的带电粒子镜筒。该镜筒运用四元件物镜以在高和低束能量两者实现改进的对靶的束聚焦性能而不同聚焦电压配置用于不同束能量。通过改变向物镜的四个电极施加的电压，可以迅速配置不同的聚焦条件从而实现在目标的优化成像与优化处理之间的迅速切换。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及用于在靶处以不同束能量操作的聚焦带电粒子镜筒。一种在多个束能量具有改进性能的带电粒子镜筒。该镜筒运用四元件物镜以在高和低束能量两者实现改进的对靶的束聚焦性能而不同聚焦电压配置用于不同束能量。通过改变向物镜的四个电极施加的电压，可以迅速配置不同的聚焦条件从而实现在目标的优化成像与优化处理之间的迅速切换。【专利说明】用于在靶处以不同束能量操作的聚焦带电粒子镜筒
本专利技术主要地涉及聚焦带电粒子束镜筒(beam column)并且详细地涉及被配置用于在靶处以不同束能量操作的带电粒子束镜筒。
技术介绍
在包括电子显微镜和聚焦离子束系统两者的带电粒子系统中，镜筒通常用来将带电粒子束聚焦到将使用束来成像和/或处理的靶的表面上。束在它撞击靶表面时的能量影响束与基板的相互作用并且也影响获取的图像的特性。例如一些成像应用需要最高空间分辨率，以便空间上分解靶上的最小特征，在一些情况下下至原子分辨率。在其他成像应用中，有必要使用更低束能量以减少对靶的损坏或者仅对靶的表面成像(因为更高能量束通常更深地穿透到靶中)。类似考虑应用于靶的束增强处理，诸如离子碾磨(ion milling)、束诱导沉积(beam-1nduced deposition)或者蚀刻(使用电子或者离子)、离子抛光、离子注入等。对于所有这些处理方法，束能量在它遇到靶表面时可能对工艺的特性(包括空间分辨率(即碾磨或者沉积的特征的大小)以及处理速率、表面光滑度、沉积密度、损坏层的深度等)具有重大影响。带电粒子镜筒的常见特性是光学设计被优化时的束电压，其中“优化”可以对应于镜筒的聚焦能力，该能力用于产生针对预定束电流的最小可能束直径或者在预定束直径内的最高束电流。当希望在靶处的束能量范围时(例如当将对相同靶执行成像和处理两者时)，通常仅可以针对在这一优化束能量附近的束能量获得用于成像或者处理的最好性能。对于所有其他束能量，成像或者处理性能低于如果针对特定束能量优化镜筒而将可能的性能。“更低性能”在本上下文中将意味着针对预定束电流的更大束直径或者在预定束直径内的更低束电流，而“改进的性能”将用来意味着针对预定束电流的更小束直径或者在预定束直径内的更高束电流。需要的是一种在多个束能量具有改进性能的带电粒子镜筒。另一希望的目标将是配置带电粒子镜筒用于在更宽的能量范围上的改进性能，该能量范围跨越已经被确定为对于成像而言最优的那些能量并且也跨越已经被确定为对于束处理应用而言最优的束能量。
技术实现思路
本专利技术的目的是配置带电粒子镜筒以在更宽的束能量范围上将带电粒子束(电子或者离子)聚焦到靶上而维持针对预定束电流的更小束直径和/或而将更大束电流聚焦成预定束直径。根据本专利技术的一些实施例，四元件静电物镜提供多个操作模式，其中一些模式在更低束能量实现改进性能，而其他模式在更高束能量实现改进性能。通过改变向静电物镜的四个电极施加的电压，可以迅速配置不同聚焦条件，从而实现在靶的优化成像与优化处理之间的频繁“切换(toggling)”。前文已经相当广义地概括本专利技术的特征和技术优势以便可以更好地理解本专利技术的下文详细描述。下文将描述本专利技术的附加特征和优势。本领域技术人员应当理解可以容易利用公开的概念和具体实施例作为用于修改或者设计用于实现本专利技术的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员也应当认识到这样的等效构造未脱离如在所附权利要求书中阐述的本专利技术的精神和范围。【专利附图】【附图说明】为了更透彻理解本专利技术及其优势，现在结合附图参照与以下描述，在附图中: 图1示出了具有三元件静电物镜的现有技术带电粒子镜筒的示意图。图2是针对图1的在靶处以30keV束能量操作的现有技术带电粒子镜筒、相对于束(探测器)电流而言的探测器大小的示意图。图3是针对图1的在靶处以2keV束能量操作的现有技术带电粒子镜筒、相对于束(探测器)电流而言的探测器大小的示意图。图4是在靶处以2keV束能量操作的根据本专利技术一个优选实施例的带电粒子镜筒的示意图。图5是在靶处以30keV束能量操作的根据本专利技术一个优选实施例的带电粒子镜筒的示意图。图6是在靶处以2与30keV之间的束能量操作的根据本专利技术一个优选实施例的带电粒子镜筒的示意图。图7是针对图1的现有技术带电粒子镜筒和图4的带电粒子镜筒、根据带电粒子镜筒中的轴向位置的束轨迹(trajectory)半径的示意图。图8是针对图1中的现有技术带电粒子镜筒和图4的带电粒子镜筒、根据带电粒子镜筒中的轴向位置的透镜电压的示意图。图9是针对图1中的现有技术带电粒子镜筒和图4的带电粒子镜筒、根据束(探测器)电流的探测器大小的示意图。【具体实施方式】本专利技术应用于带电粒子系统，这些系统运用带电粒子(电子或者离子)聚焦束以对靶成像和/或处理。这些系统通常运用带电粒子源以形成初始束，该初始束然后由镜筒内的静电和(可选)磁元件(诸如透镜、白化器(blanker)和偏转器)加速、聚焦、白化和偏转。通常，第一(聚光器(condenser))透镜定位于离子源附近以控制向镜筒的其余部分中下传的离子的角度分布。第二(物镜)透镜通常位于靶表面附近以将聚光器透镜形成的离子束聚焦到靶表面上。离子束与靶的相互作用可以对靶成像、碾磨、抛光、蚀刻、沉积或者否则处理靶。在一些情况下，可以向束与靶表面相交的附近引入(通常使用喷嘴)一个或多个“工艺气体(process gases)”以与离子束向祀表面赋予的能量和/或动量结合诱导沉积或者蚀刻工艺。本专利技术可以应用于带电粒子镜筒，这些带电粒子镜筒运用静电物镜以优化用于各种应用的在高束电压(例如约30keV)并且也在低束电压(例如约2keV)的光学设计。例如，如果束具有更低能量，则一些成像工艺可以诱导对靶的更少损坏。反言之，通常在更高束能量改进成像分辨率。类似地，一些靶处理方法可能需要更低能量(例如以减少非晶态化(amorphization)深度),而可以在更高束能量优化其他处理方法(例如以改进空间分辨率)。在所有这些成像和处理示例中，经常优选将束聚焦成针对预定义束电流的尽可能小的直径或者将最大束电流量聚集成预定义束直径。因此，本专利技术的目的是配置离子镜筒以借助如下文在图4-6中描述的具有多个操作模式的四元件静电物镜来针对更高和更低束能量两者实现向靶表面上的改进束聚焦。镜筒被优化的实际束能量将根据希望的应用而变化。因此如这里所用，“更低束能量”将意味着低束能量应用所希望的束电压，而“更高束能量”将是指高束能量应用所希望的束电压。根据本专利技术的优选实施例，镜筒被优化的高束能量的实际数值和镜筒被优化的低束能量的数值将具有至少3比I的比。图1示出了具有三元件静电物镜110的现有技术带电粒子镜筒100的示意图。从源102发射离子而示例性发射轨迹104在相对于光轴150的角度离开。聚光器透镜106然后将离子聚焦成朝着物镜110沿着离子镜筒100指引的粗略平行束108。为了清楚，这里未示出通常可以在离子镜筒100中包括的其他已知光学元件(诸如白化器、孔、偏转器)。如图所示，物镜110将轨迹108偏转成向靶114的表面上的位置116聚焦的会聚束112。工作距离118表示在物镜110的下端(即与靶114最接近的端)与靶114之间的距离。通常，更短工作距离118允许在位置本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在从最低束能量到最高束能量的能量范围上将带电粒子聚焦于靶的带电粒子镜筒，包括：光轴；带电粒子源，用于生成所述带电粒子，所述源位于所述光轴上；物镜，用于将所述带电粒子聚焦到所述靶上，所述物镜包括至少第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，所述电极沿着所述光轴依次布置，而所述第一电极与所述带电粒子源最接近并且所述第四电极与所述靶最接近，而且有在所述第一与第二电极之间的第一间隙、在所述第二与第三电极之间的第二间隙以及在所述第三与第四电极之间的第三间隙；其中所述第三间隙不多于所述第一或者第二间隙的大小的1/3；并且其中所述第一和第四电极通过第一电压源被偏置成第一电压，并且其中所述第二和第三电极之一也被偏置成所述第一电压，而另一电极被偏置成与所述第一电压不同的电压，在处于所述第一电压的所述电极与处于所述不同电压的所述电极之间感应的电场将所述带电粒子聚焦到所述靶上。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M马佐斯，JH奥尔洛夫，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：
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