[发明专利]聚焦离子束低千伏增强

说明书

技术领域

本发明涉及带电粒子束系统，如聚焦离子束系统。

背景技术

聚焦离子束系统将带电粒子引导至工件或靶体上，以便对工件进行加工或以便形成工件的图像。带电粒子束系统用在例如集成电路制造和其他纳米技术加工中。带电粒子束系统典型地包括粒子源、束消隐装置、加速透镜、聚焦光学器件和偏转光学器件。

高分辨率聚焦离子束（FIB）已经被证明对多种任务而言是有用的，如显微术、光刻、微机械加工（离子铣削和材料沉积）以及掺杂剂注入。许多年来，已经为聚焦离子束应用开发出多种离子源，包括气相场致电离、等离子体和液态金属。迄今为止，在所有开发的源中，液态金属离子源（LMIS）已经被证明是最有用的并且是当今最广泛使用的。液态金属离子源的有用性根本上源于其非常高的亮度，该亮度允许以近似10 nm量级的斑点尺寸产生聚焦离子束同时将电流维持在1 pA至10 pA的范围内。这些特征赋予聚焦离子束必要的分辨率和离子电流来执行一系列现有技术水平纳米技术任务。

尽管其广泛使用，但现有离子源具有局限性，这些局限性妨碍了向更广应用和更高分辨率的进步。聚焦离子束（其中在靶体处的高着陆能量高于5 keV）的使用会对工件造成显著破坏。然而，具有低着陆能量的束的使用产生制作薄层所需的差斑点尺寸性能。

相应地，需要一种具有低keV着陆能量但有效斑点尺寸的聚焦离子束的改进系统和策略。可以用低C物镜或四极管/五极管可切换透镜来实现低keV改进的聚焦离子束。

浸入比率越高，阴极透镜就变得越强。随着浸入比率k的增加，轴向色差系数显著地降低。例如，色差系数C与浸入比率k几乎成反比，该色差系数在低着陆能量下对分辨率具有重要影响。这在不使用束减速度的情况下看到的低束能量下引起部分补偿束直径退化。但对使用低C物镜和四极管/五极管可切换透镜的性能改进是非常小的并且对使超薄透镜成像和对其进行创造而言是不足够的。

此外，难于使来自源的离子加速而不在合成束中引起大的能量分散。离子源的空间范围越大，就越难于将离子聚焦成一个点。系统的改进需要产生更小的探针尺寸和产生这种系统理论上能够产生的分辨率。

聚焦光学器件使束在靶体的表面上聚焦成一个斑点或一个预定义的形状。聚焦光学器件典型地包括聚束透镜和物镜的组合。透镜可以是静电的、磁性的、或两者的各种组合。带电粒子透镜（像光透镜）具有防止粒子聚焦到清晰图像的色差。色差对传递通过透镜中心的带电粒子而言是最小的，并且色差随着距离透镜中心的距离的增加而增加。因此，对带电粒子束而言，令人希望是在非常接近透镜中心处传递。因为束中全都具相同电荷的粒子相互排斥，所以出现一种被称为“束相互作用”的类型的色差。粒子距离彼此越近，斥力就越大。因为粒子在传递通过物镜后典型地会聚，所以令人希望的是将物镜定位得离工件尽可能近，以减少粒子聚焦成一条紧束的时间。物镜与工件之间的距离被称为“工作距离”。

偏转光学器件将束引导至工件表面的多个点上（被称为“停留点（dwell point）”或“像素”）。例如，可以用光栅图案、蛇形图案引导束，或将其引向一任意序列的单独点。束将典型地停留在一个点上持续一段规定的时期（被称为“停留时期（dwell period）”）来输送规定“剂量”的带电粒子，并且然后被偏转至下一个停留点。停留时期的持续时间被称为“停留时间（dwell time）”或“像素速率”。（虽然像素“速率”更准确地被称为每秒扫描的像素数量，但该术语还用来指示束保持在每个像素处的时间。）

偏转光学器件可以是磁性的或者静电的。在聚焦离子束系统中，偏转光学器件典型地是静电的。用于聚焦离子束的静电偏转器典型地是八极的，即，每个偏转器包括八块分布在圆周周围的板。不同的电压施加在这八个板上以使束在不同方向上偏转远离光轴。

如果将偏转器放置在物镜下方，则束可以传递通过物镜的中心以使色差最小化。例如，在本发明的受让人FEI公司销售的VisION系统中使用这种配置。然而，将偏转器放置在物镜下方增加了工作距离，从而增加束色差。

为了最小化工作距离，我们可以将偏转器放置在物镜上方。然而，在偏转器在透镜上方的情况下，当使束偏转时，其移动远离透镜的中心，从而增加某些色差。为了解决此问题，许多聚焦离子束系统实用两级偏转器。

需要一种可以实现需要的最优斑点尺寸的聚焦离子束，以在超薄薄片上工作，而在靶体处没有高着陆能量。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于使用低kV形成基本上从常规斑点尺寸改进而来的聚焦离子束斑点尺寸的方法和装置。