[发明专利]用于在靶处以不同束能量操作的聚焦带电粒子镜筒

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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-induced 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。

发明内容

本发明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。根据本发明的一些实施例，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发明的特征和技术优势以便可以更好地理解本发明的下文详细描述。下文将描述本发明的附加特征和优势。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样的等效构造未脱离如在所附权利要求书中阐述的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更透彻理解本发明及其优势，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发明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发明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发明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