[發明專利]聚焦離子束低千伏增強

有效

• 申請號: 201410066714.2
• 申請日: 2014-02-26
• 公開（公告）號: CN104008943B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: M.馬佐斯
• 申請（專利權）人: FEI公司
• 主分類號: H01J37/21
• 分類號: H01J37/21;H01J37/147;H01J37/28;H01J37/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 馬紅梅,胡莉莉

技術領域

本發明涉及帶電粒子束系統，如聚焦離子束系統。

背景技術

聚焦離子束系統將帶電粒子引導至工件或靶體上，以便對工件進行加工或以便形成工件的圖像。帶電粒子束系統用在例如集成電路制造和其他納米技術加工中。帶電粒子束系統典型地包括粒子源、束消隱裝置、加速透鏡、聚焦光學器件和偏轉光學器件。

高分辨率聚焦離子束（FIB）已經被證明對多種任務而言是有用的，如顯微術、光刻、微機械加工（離子銑削和材料沉積）以及摻雜劑注入。許多年來，已經為聚焦離子束應用開發出多種離子源，包括氣相場致電離、等離子體和液態金屬。迄今為止，在所有開發的源中，液態金屬離子源（LMIS）已經被證明是最有用的并且是當今最廣泛使用的。液態金屬離子源的有用性根本上源于其非常高的亮度，該亮度允許以近似10 nm量級的斑點尺寸產生聚焦離子束同時將電流維持在1 pA至10 pA的范圍內。這些特征賦予聚焦離子束必要的分辨率和離子電流來執行一系列現有技術水平納米技術任務。

盡管其廣泛使用，但現有離子源具有局限性，這些局限性妨礙了向更廣應用和更高分辨率的進步。聚焦離子束（其中在靶體處的高著陸能量高于5 keV）的使用會對工件造成顯著破壞。然而，具有低著陸能量的束的使用產生制作薄層所需的差斑點尺寸性能。

相應地，需要一種具有低keV著陸能量但有效斑點尺寸的聚焦離子束的改進系統和策略。可以用低C物鏡或四極管/五極管可切換透鏡來實現低keV改進的聚焦離子束。

浸入比率越高，陰極透鏡就變得越強。隨著浸入比率k的增加，軸向色差系數顯著地降低。例如，色差系數C與浸入比率k幾乎成反比，該色差系數在低著陸能量下對分辨率具有重要影響。這在不使用束減速度的情況下看到的低束能量下引起部分補償束直徑退化。但對使用低C物鏡和四極管/五極管可切換透鏡的性能改進是非常小的并且對使超薄透鏡成像和對其進行創造而言是不足夠的。

此外，難于使來自源的離子加速而不在合成束中引起大的能量分散。離子源的空間范圍越大，就越難于將離子聚焦成一個點。系統的改進需要產生更小的探針尺寸和產生這種系統理論上能夠產生的分辨率。

聚焦光學器件使束在靶體的表面上聚焦成一個斑點或一個預定義的形狀。聚焦光學器件典型地包括聚束透鏡和物鏡的組合。透鏡可以是靜電的、磁性的、或兩者的各種組合。帶電粒子透鏡（像光透鏡）具有防止粒子聚焦到清晰圖像的色差。色差對傳遞通過透鏡中心的帶電粒子而言是最小的，并且色差隨著距離透鏡中心的距離的增加而增加。因此，對帶電粒子束而言，令人希望是在非常接近透鏡中心處傳遞。因為束中全都具相同電荷的粒子相互排斥，所以出現一種被稱為“束相互作用”的類型的色差。粒子距離彼此越近，斥力就越大。因為粒子在傳遞通過物鏡后典型地會聚，所以令人希望的是將物鏡定位得離工件盡可能近，以減少粒子聚焦成一條緊束的時間。物鏡與工件之間的距離被稱為“工作距離”。

偏轉光學器件將束引導至工件表面的多個點上（被稱為“停留點（dwell point）”或“像素”）。例如，可以用光柵圖案、蛇形圖案引導束，或將其引向一任意序列的單獨點。束將典型地停留在一個點上持續一段規定的時期（被稱為“停留時期（dwell period）”）來輸送規定“劑量”的帶電粒子，并且然后被偏轉至下一個停留點。停留時期的持續時間被稱為“停留時間（dwell time）”或“像素速率”。（雖然像素“速率”更準確地被稱為每秒掃描的像素數量，但該術語還用來指示束保持在每個像素處的時間。）

偏轉光學器件可以是磁性的或者靜電的。在聚焦離子束系統中，偏轉光學器件典型地是靜電的。用于聚焦離子束的靜電偏轉器典型地是八極的，即，每個偏轉器包括八塊分布在圓周周圍的板。不同的電壓施加在這八個板上以使束在不同方向上偏轉遠離光軸。

如果將偏轉器放置在物鏡下方，則束可以傳遞通過物鏡的中心以使色差最小化。例如，在本發明的受讓人FEI公司銷售的VisION系統中使用這種配置。然而，將偏轉器放置在物鏡下方增加了工作距離，從而增加束色差。

為了最小化工作距離，我們可以將偏轉器放置在物鏡上方。然而，在偏轉器在透鏡上方的情況下，當使束偏轉時，其移動遠離透鏡的中心，從而增加某些色差。為了解決此問題，許多聚焦離子束系統實用兩級偏轉器。

需要一種可以實現需要的最優斑點尺寸的聚焦離子束，以在超薄薄片上工作，而在靶體處沒有高著陸能量。

發明內容

本發明的目標是提供一種用于使用低kV形成基本上從常規斑點尺寸改進而來的聚焦離子束斑點尺寸的方法和裝置。