[发明专利]用于感应耦合等离子体离子源的等离子体点燃器

说明书

技术领域

本发明涉及在离子束镜筒(column)中使用的感应耦合等离子体源的等离子体点燃器(igniter)。

背景技术

当使用聚焦镜筒来形成带电粒子亦即离子或电子的聚焦束时，感应耦合等离子体(ICP)源具有胜过其它类型的等离子体源的优点。该感应耦合等离子体源，诸如在转让给本发明的受让人的美国专利号7241361中描述的感应耦合等离子体源，能够提供在窄能量范围内的带电粒子，所述窄能量范围允许这些粒子被聚焦成小光斑。ICP源包括典型地卷绕陶瓷等离子体室的射频(RF)天线。该RF天线提供能量来维持该室内的等离子体。用于离子束工艺的离子的能量典型地在5keV和50keV之间，并且最典型地约为30keV。该电子能量在用于扫描电子显微镜系统的约1keV到5keV至用于透射电子显微镜系统的数十万电子伏特之间变化。带电粒子系统中的样品典型地维持在地电位，而该源根据用于形成该束的粒子而维持在或正或负的大电位。为了操作人员的安全，必须电隔离高压元件。

通过注入用来驱动ICP源的线圈的标准功率级的RF功率通常不可能在ICP源中点燃等离子体。这是因为，在该源室中不存在任何初始电离的情况下，诱导的(induced)电场通常没有高到足以分解气体原子或分子来产生足够的初始自由电荷。要产生这个初始电离，典型地要求高压脉冲。在现有技术中，已通过使泰斯拉(Tesla)线圈接触到其自身与等离子体室直接电接触的电极，启动用于在ICP离子源中点燃等离子体的高压脉冲。由泰斯拉线圈诱导的高压脉冲然后启动等离子体，该等离子体随后通过来自ICP电源的RF功率维持。这个等离子体点燃方法必然要求在系统上的某个外部电极和等离子体要被点燃所在的真空系统的内部之间存在直接电接触。然而，当该等离子体被偏置到高压以用作带电粒子束系统中的源时，这样的直接电接触将呈现严重的安全问题，因为外部连接将浮动高达处于高压的等离子体电位。因而，提供这种到在ICP离子源中的等离子体的直接外部电接触一般是不可能的，所述等离子体被偏置到高压以用作离子束系统中的源。该高压等离子体的这种电隔离因而产生在ICP源中点燃用于生成带电粒子束的等离子体的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于在离子束系统中点燃等离子体的方法，其中该离子源被偏置到高dc电压。这个发明特别地适合用于感应耦合等离子体源。点燃器优选地通过等离子源中的源偏置电极来提供点燃能量，并且该点燃器优选地位于等离子体源附近以最小化点燃器和镜筒之间的电缆电容的影响。在优选的实施例中，该等离子体点燃器的输出是重复的振荡电压脉冲，其通过电极被高效地耦合到等离子体室中，其中一旦等离子体被点燃，所述电极将与等离子体接触。在某些实施例中，该等离子体点燃器容纳在高压安全外壳中并且被相同的电源偏置，所述电源控制由ICP等离子体源发射的离子的能量。

前面所述相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优点以便可以更好地理解随后的对本发明的详细描述。将在下文中描述本发明的附加特征和优点。本领域的技术人员应当意识到，所揭示的概念和具体实施例可以被容易地用作用于修改或设计其它用于实现本发明的相同目的的结构的基础。本领域的技术人员还应当认识到这种等同构造没有脱离如在附加的权利要求中所阐明的发明的精神和范围。

附图说明

为了更详尽地理解本发明及其优点，现在参考结合附图进行的下面描述，其中：

图1示出了用于使用在带电粒子束系统的外部上的两个可选位置中的泰斯拉线圈来点燃等离子体的现有技术方法。

图2A图解了源室和源偏置电极的有效电容。

图2B是图2A中图解的有效电容的电路图。

图3是现有技术等离子体点燃电路的简化电示意图。

图4是如本发明中的带电粒子镜筒附近的等离子体点燃器的简化电示意图。

图5是采用本发明的直列式(in-line)等离子体点燃器的带电粒子束系统的图示。

图6示出了由本发明用于在ICP源中点燃等离子体的脉冲电压波形。

图7是用于根据本发明的等离子体点燃器的第一示例性电路。

图8是用于根据本发明的等离子体点燃器的第二示例性电路。

图9是包含本发明的等离子体点燃器的聚焦离子束(FIB)镜筒的示意图。

具体实施方式