[发明专利]具有多个可选择粒子发射器的带电粒子源

说明书

技术领域

本发明一般地涉及聚焦带电粒子束系统并且具体地涉及用于生成聚焦带电粒子束的带电粒子源。

背景技术

在包括电子显微镜和聚焦离子束系统的带电粒子系统中，典型地使用镜筒将带电粒子束聚焦到要使用该波束进行成像和（可选地）处理的目标的表面上。在这些镜筒中，带电粒子源生成初始的电子或离子束，然后将初始的电子或离子束传递到带电粒子“枪”中，该带电粒子“枪”典型地将带电粒子聚焦成大致平行的波束，该大致平行的波束进入镜筒的主体，在该主体处可以消隐（blank）（即开启和关闭）该波束、使该波束偏转（在目标表面上来回移动）并将该波束聚焦到目标表面上。带电粒子所源自的源内的部件被称作“发射器”，典型地包括非常尖的金属点。一般地，在现有技术中，带电源包括单个带电粒子发射器（诸如，针对电子的冷场发射器或肖特基发射器、或者针对离子（通常带正电）的气态场离子化或液态金属离子源。在液态金属离子源（LMIS）的情况下，该金属点是液体，但是在其他源类型中，该金属是固体，通常称为“尖端”。碳纳米管也可以用作电子发射器。然而在所有情况下，这些发射器由受诸如以下的各种因素限制的有限寿命表征：尖端的离子轰击腐蚀或者表面污染，从而使该尖端随时间变得更钝直到发射在可接受的提取电压下不再可持续为止。

对于带电粒子镜筒的优化操作，有必要使该源与镜筒的对称（或光）轴精确对准，典型地达到在5至20 μm内。因此，带电粒子源一般由多轴运动组件支撑，从而在系统操作期间允许源运动。观察到由镜筒在目标上形成的图像，然后移动该源，直到针对所需的特定应用，图像具有充足的对比度和分辨率为止。在一些情况下，除了成像以外，带电粒子束可以用于处理该目标，诸如电子束诱导蚀刻（EBIE）、电子束诱导沉积（EBID）、离子铣削、离子束诱导蚀刻（IBIE）、离子束诱导沉积（IBID）、次级离子质谱（SIMS）等。

发明内容

本发明的目的是将聚焦带电粒子系统内的多发射器带电粒子源配置为能够操作于多个发射模式。

一些发射模式实现了比先前通过顺序地使用相继使用的多个单个发射器而可达到的寿命长得多的源寿命。总体源寿命则是个体发射器寿命之和。其他发射模式使用所述多个发射器来实现用于对目标进行快速处理的高波束电流。

以上相当宽泛地概括了本发明的特征和技术优势，以便可以更好地理解本发明的以下详细描述。在下文中将描述本发明的附加特征和优势。本领域技术人员应当认识到，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作用于修改或设计用于实现本发明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，这种等效的构造并不脱离所附权利要求中限定的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更全面地理解本发明及其优势，现在参照结合附图而进行的以下描述，在附图中：

图1示出了具有多个带电粒子发射器和发射器控制电路的带电粒子源的示意图。

图2是能够实现本发明的多发射器带电粒子源的示例性带电粒子镜筒的横截面侧视图。

图3是横切图2的镜筒的、图1的源中的轴上发射器的带电粒子轨迹的侧视图。

图4是横切图2的镜筒的、图1的源中的离轴发射器的带电粒子轨迹的侧视图。

图5（A）-（D）是在背侧寻址的情况下包括6个冷场发射器的本发明第一实施例的各个视图。

图6（A）-（D）是在背侧寻址的情况下包括12个冷场发射器的本发明第二实施例的各个视图。

图7（A）-（D）是在正侧寻址的情况下包括6个冷场发射器的本发明第三实施例的各个视图。

图8（A）-（D）是在正侧寻址的情况下包括12个冷场发射器的本发明第四实施例的各个视图。

图9（A）-（D）是在正侧寻址和侧向气体馈送口的情况下包括12个气态场离子化离子发射器的本发明第五实施例的各个视图。

图10（A）-（D）是在正侧寻址和轴向气体馈送口的情况下包括12个气态场离子化离子发射器的本发明第六实施例的各个视图。

图11是在正侧寻址和轴向液态金属馈送口的情况下包括多个液态金属离子源的本发明第七实施例的横截面侧视图。

图12是在背侧寻址的情况下本发明的带电粒子源的控制电路的简化电气示意图。

图13是在正侧寻址的情况下本发明的带电粒子源的控制电路的简化电气示意图。

图14A是从图1的发射器阵列内的单个带电粒子发射器发射的带电粒子的侧示意图。

图14B是图14A中的带电粒子源的特写示意图。