用于等離子體離子源的改進(jìn)的成像和加工的制作方法
【專利摘要】 申請人:已發(fā)現(xiàn)，使用等離子體源的離子束系統(tǒng)中由高能離子與中性氣體分子之間的電荷交換性相互作用產(chǎn)生的活躍中性粒子到達(dá)樣本。這些活躍中性粒子產(chǎn)生了離開束沖擊點的二次電子。解決這個問題的方法包括在該等離子源下方的多個差分泵送室以減少使這些離子與氣體相互作用的機會。
【專利說明】用于等離子體離子源的改進(jìn)的成像和加工
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用等離子體離子源的并且能夠在工件上形成亞微米斑點的聚焦離子束系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]聚焦離子束系統(tǒng)用于制造或改變微觀或納米觀結(jié)構(gòu)。一些聚焦離子束(FIB)柱使用等離子體離子源，如U.S.專利號7，241，361中所述的電感耦合等離子體(ICP)源，其被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。使用如以上所述的等離子體離子源的聚焦離子束系統(tǒng)比使用液態(tài)金屬離子源的系統(tǒng)具有若干個優(yōu)點。例如，等離子體離子源能夠提供更高的亮度并減少能量發(fā)散。等離子體離子源能提供各種離子種類，其中一些具有更高的濺射率并且不污染樣本。
[0003]圖1示意性地示出了根據(jù)U.S.專利號7，241，361中所述的現(xiàn)有技術(shù)的ICP系統(tǒng)。系統(tǒng)100包括帶有等離子體離子源的離子束柱102，該離子束柱包括等離子室104，該等離子室經(jīng)進(jìn)氣口 106通過毛細(xì)管或流量限制器向該等離子室供應(yīng)一種或多種氣體。線圈107通過阻抗匹配電路耦合到射頻(RF)源(未示出)，以供應(yīng)能量使該等離子室104內(nèi)的氣體離子化。系統(tǒng)100優(yōu)選地包括減少該離子束內(nèi)的離子的能量發(fā)散的裝置。這種裝置可以包括分開的法拉第屏蔽以減少天線105和該等離子體或平衡天線之間的電容耦合。通過引出電極105將離子化的氣體原子或分子從等離子室104引出出來，該引出電極通過孔徑108拉出離子，該引出電極用作將該等離子體電性地偏置到高電勢(其大于10，000 V)的源電極。離子朝向位于可調(diào)臺112上的工件110加速。離子束系統(tǒng)通常還包括用于熄滅該離子束的束熄滅裝置130、用于定位該束的束偏轉(zhuǎn)器132、以及用于照準(zhǔn)或聚焦離子化的分子的束的聚焦透鏡134。
[0004]典型地，僅該等離子室內(nèi)很小百分比的原子或分子被離子化。中性原子可以通過該孔徑(從該孔徑引出這些離子)擴散。然而，這些中性原子具有很低的能量，因為該引出電極沒有使它們加速。已認(rèn)為極少數(shù)低能中性原子到達(dá)該工件，因為它們從該孔徑朝任意方向擴散，與光學(xué)柱的元件碰撞，并且被真空泵清除。
[0005]聚焦離子束系統(tǒng)還用于通過從工件蝕刻材料或?qū)⒉牧铣练e在工件上形成微觀結(jié)構(gòu)。這些離子可以通過濺射，也就是從該離子到該工件內(nèi)的原子的動量傳遞，將材料從表面清除。這些離子還可以激活前驅(qū)氣體，這種前驅(qū)氣體在存在該離子束的情況下分解以沉積材料或與靶材料形成一種揮發(fā)性化合物以加強靶的蝕刻。離子束系統(tǒng)還經(jīng)常包括用于注入前驅(qū)氣體140的進(jìn)氣口和用于將前驅(qū)氣體的流引向該工件表面的針狀體142。
[0006]聚焦離子束系統(tǒng)通常還包括二次電子150,如Everhart-Thornley檢測器,用于隨著離子束掃描樣本表面和該離子束沖擊產(chǎn)生二次電子而形成影像。通過所檢測到的二次離子的數(shù)量確定在各點的影像對比度。 申請人:已發(fā)現(xiàn)由來自等離子體源的離子束形成的二次電子影像可以具有出乎意料地差的對比度。因此，需要一種收集更高質(zhì)量的二次電子影像和產(chǎn)生更高分辨率蝕刻或沉積的改進(jìn)的裝置和方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目標(biāo)是改進(jìn)使用等離子體離子源的聚焦離子束系統(tǒng)的加工。
[0008] 申請人:已發(fā)現(xiàn)高能離子和中性氣體之間的碰撞產(chǎn)生沖擊工件的高動能中性粒子，由此劣化了成像和加工。通過減少這些高能離子與從等離子室擴散出來的氣體的接觸，減少了到達(dá)樣本表面的高動能中性離子的數(shù)量，改進(jìn)了離子束成像和加工。在一個實施例中，一系列差分泵送室通過減少該離子束遇到的氣體的量減少了高能離子和中性氣體之間的碰撞的數(shù)量，由此減少了沖擊該工件的高動能中性粒子的產(chǎn)生。
[0009]為了可以更好地理解以下本發(fā)明的詳細(xì)說明，前述內(nèi)容已相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點。下文將說明本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到可以容易地利用所披露的概念和具體實施例，作為用于進(jìn)行本發(fā)明的相同目的而修改或設(shè)計其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還應(yīng)意識到這種等效構(gòu)造不脫離所附權(quán)利要求書中所述的本發(fā)明的精神和范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]為了更加徹底理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在結(jié)合附圖參考以下說明，其中:
圖1示出了具有等離子體源的現(xiàn)有技術(shù)離子束系統(tǒng)的示意圖。
[0011]圖2示出了本發(fā)明的一個四室實施例的示意圖。
[0012]圖3示出了本發(fā)明的另一個實施例的示意圖。
[0013]圖4是本發(fā)明的一個實施例的流程圖。
具體實施例
[0014]離子被引出電極和負(fù)極加速，以高動能離開該離子室。這些離子形成束并且在聚集柱內(nèi)聚焦，從而在工件上成細(xì)小的斑點。該束通常使用靜電偏轉(zhuǎn)器橫穿樣本表面被掃描。中性原子也通過孔徑逃逸，但大多數(shù)低速中性氣體粒子與該柱內(nèi)的元件碰撞并且認(rèn)為極少數(shù)到達(dá)工件。
[0015]通過調(diào)查使用等離子體離子源產(chǎn)生的二次電子影像內(nèi)的差對比度的原因， 申請人:已發(fā)現(xiàn)差對比度是由“活躍中性粒子”引起的。當(dāng)帶有相當(dāng)可觀能量的離子與該束路徑內(nèi)的氣體分子以一種發(fā)生電荷交換的方式相互作用時產(chǎn)生“活躍中性粒子”。至少一些這些“活躍中性粒子”具有一個從原始離子的軌跡變化而來的最小軌跡變化，并且因為它們不能被聚焦或偏轉(zhuǎn)，以一條直線行進(jìn)到樣本表面上。
[0016]這些活躍中性粒子與樣本的沖擊釋放出二次電子，但是因為這些中性原子沒有與離子束一起被聚焦或被掃描，該二次電子電流從該樣本的廣大區(qū)域被發(fā)射出來。來自這些活躍中性粒子的二次電子電流構(gòu)成在來自該束沖擊點的二次電子信號之上檢測到的“噪聲”。該噪聲減小了該離子束影像的對比度并且可以足夠強從而能夠消除該信號。這些活躍中性粒子還引起濺射，并且，若該室內(nèi)存在前驅(qū)氣體，該前驅(qū)氣體的分解引起偏離該離子束沖擊點的蝕刻或沉積。
[0017]使用等離子體離子源的聚焦離子束系統(tǒng)過去通常不用于高精度的制造，因為來自該等離子體源等離子體的離子的高能量發(fā)散使得難于形成小斑點。例如在U.S.專利申請?zhí)?，053，725中所述的等離子體離子源可以提供離子束，在該離子束內(nèi)，離子具有低能量發(fā)散。該等離子體離子源比液態(tài)金屬離子源更通用并且可以產(chǎn)生更高精度的減小的束電流或高束電流。例如，等離子體離子源可以產(chǎn)生具有小于約10 eV的能量發(fā)散的束、和在約2PA電流小于約25 nm的斑點尺寸。隨著使用等離子體離子源的高分辨率FIB的發(fā)展， 申請人:已生產(chǎn)了一種用于之前為液態(tài)金屬離子源保留的應(yīng)用中的系統(tǒng)。因為帶有該等離子體離子源的FIB的高分辨率產(chǎn)生可能的新的應(yīng)用，出現(xiàn)了之前未遇到過的新問題。降低的影像分辨率的問題為一個這種問題。
[0018]在圖1的系統(tǒng)中，通過孔徑108從該等離子體源泄露出來的一些中性粒子可以穿過到達(dá)離子柱102。等離子室內(nèi)的氣體壓力通常在約10_3 mbar和約I mbar之間變化，為從該離子源引出的離子和中性粒子之間的碰撞提供了充足機會，因此產(chǎn)生沿該離子柱指向的活躍中性粒子。
[0019]由該引出電極105引出并且被該等離子體和該聚焦柱之間的電勢差加速的離子與那些粒子碰撞并且有些被中性化，但保留大部分它們的能量和它們的朝向該工件的動量。那些活躍中性粒子到達(dá)該工件110。因為中性粒子不對聚焦透鏡134的場作出響應(yīng)，沒有被孔徑板120擋住的中性粒子被發(fā)散在該工件表面110的區(qū)域上，通常，這是一個比該聚焦離子束掃描的區(qū)域大得多的區(qū)域。雖然之前已認(rèn)為極少數(shù)中性原子到達(dá)該試樣表面，好像由這些高能離子的中性化產(chǎn)生的活躍中性粒子的確以足夠產(chǎn)生不利影響的數(shù)量到達(dá)該表面。
[0020]圖2示出了本發(fā)明的一個實施例的示意圖，該實施例包括使用等離子室201的聚焦離子束柱200。未示出該等離子體離子源和該離子柱的元件，但它們與圖1中所示的元件類似。高壓氣體源202通過流量限制器204 (如毛細(xì)管或針閥)連接到等離子室201上，該流量限制器限制進(jìn)入等離子室201的氣體流并且將等離子室201的壓力降至通常在10_3mbar和I mbar之間。術(shù)語“流量限制器204”可以與術(shù)語“孔徑”互換，孔徑等效地限制進(jìn)入該等離子室的氣體流。離子通過示意性地顯示為圖2中的管的出口孔徑205離開等離子室201。出口孔徑205具有足夠容納所需離子電流的足夠大的直徑，并且在一些實施例中，該直徑可以接近2 _。在一些實施例中，該出口孔徑被電性地偏置到高電壓以偏置該等離子體。
[0021]離子通過該出口孔徑205離開等離子室201并穿過到達(dá)第一中間抽空的真空室206。中性原子也從出口孔徑205擴散出來并進(jìn)入第一中間抽空的真空室206。在朝該試樣的方向具有巨大動量的高能離子和缺乏能量的擴散中性氣體之間的碰撞引起電荷交換，該電荷交換導(dǎo)致在該試樣的方向具有巨大動量的活躍中性粒子。通過減少該等離子室和該試樣之間的氣體的總量，減少了碰撞的數(shù)量并產(chǎn)生更少的活躍中性粒子。
[0022]產(chǎn)生活躍中性粒子的概率的度量為高能離子和中性氣體粒子之間的碰撞的數(shù)量和該高能離子獲得來自該中性氣體的電荷的概率之積。碰撞的概率取決于該束穿過的區(qū)域內(nèi)的氣體壓力和穿過該區(qū)域的路徑長度。本發(fā)明的實施例通過迅速降低該壓力以縮短穿過更高壓力區(qū)域的路徑長度而減少了壓力和路徑長度之積的總和。本發(fā)明的實施例在該束路徑中提供了多個被壓力限制孔徑隔開的差分泵送室，以減小隨該束進(jìn)一步從該等離子室獲得的氣體壓力。雖然理想上該等離子體下方的第一真空室會被排空至所希望的壓力以清除所有氣體，但實際上由于對泵送速度和對通過這些孔徑的氣體的擴散的實際限制，需要多個室。進(jìn)一步地，很難從高壓區(qū)域過渡到有一個大尺寸的孔徑的低壓區(qū)域。
[0023]在一個優(yōu)選實施例中，該壓力乘以該路徑長度之積的總和小于3E-3 mbar*mm,優(yōu)選地小于3E-4 mbar*mm,并且最優(yōu)選地小于3E-5 mbar*mm。產(chǎn)生活躍中性粒子的概率是很多因素的復(fù)雜函數(shù)，但出于某些合理的假設(shè)，對于從柱向下發(fā)出的每個離子而言，如所述方式實現(xiàn)的壓力長度的乘積因此優(yōu)選地導(dǎo)致中性粒子產(chǎn)生的概率被降低為小于1%、更優(yōu)選地小于0.1%、并且最優(yōu)選小于0.01%?；钴S中性粒子達(dá)到該試樣的概率取決于產(chǎn)生不產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的活躍中性粒子的碰撞的概率。這種概率還取決于高能離子的能量。多個碰撞還可以在確定多少個活躍中性粒子到達(dá)該試樣上發(fā)揮作用。進(jìn)一步復(fù)雜之處在于，對于入射離子和靶中性氣體種類的每種組合，會導(dǎo)致一個不同的概率。
[0024]中間真空室206被能夠處理惰性氣體的大容量泵208 (該泵可能是一個渦輪泵)泵送并且能夠?qū)⒃撌?06保持在約10_5 mbar至10_6 mbar。然后，該離子束和一些中性氣體分子通過差分泵送孔徑(DPA) 209從真空室206到達(dá)第二中間抽空的真空室210。該孔徑的長度優(yōu)選地大于兩倍該直徑，以便可以在該第一中間抽空的真空室206和該第二中間抽空的真空室210之間實現(xiàn)足夠的真空差。
[0025]使用第二渦輪泵212抽空真空室210，這保持優(yōu)選地小于10_6 mbar、更優(yōu)選地小于10_7 mbar的真空。該離子束和極少數(shù)中性氣體分子從中間真空室210通過第二 DPA 213到達(dá)最后的使用離子泵216抽空的抽空的真空室214，該泵能夠?qū)崿F(xiàn)一個優(yōu)選地在IE-8 mbar至5E-7 mbar范圍內(nèi)的非常高質(zhì)量的真空。DPA 213通常是一個直徑I或2毫米并且長若干暈米的管。
[0026]中間抽空的真空室214是這些中間真空室中最長的，其允許該束將大多數(shù)時間花費在最高質(zhì)量真空環(huán)境下，進(jìn)一步減小活躍中性粒子形成的概率。該離子氣體束通過通常帶有I或2毫米直徑的最后的DPA 217離開真空室214進(jìn)入樣本室218。在加工過程中，如大功率渦輪泵220的抽空系統(tǒng)在該樣本真空室218內(nèi)保持優(yōu)選地小于1*10_5 mbar、更優(yōu)選地小于1*1(T6 mbar,以及甚至更優(yōu)選地小于或等于約5*10〃 mbar的真空。
[0027]該樣本室218內(nèi)的壓力通常大于前一個室214中的壓力。當(dāng)該樣本室被打開以插入或移除工件時，通過使用前驅(qū)氣體或被吸收到表面上的氣體的去吸收可能提高該樣本室218內(nèi)的壓力。當(dāng)樣本室218被打開露在大氣下以插入工件時，可以包括閥以密封室214。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該等離子體氣體源202被設(shè)置在相對壓力(Ptl)下。優(yōu)選地，該等離子室201的壓力(P1)小于匕。甚至更優(yōu)選地，中間真空室206的壓力(P2)小于P1，并且中間真空室的壓力(P3)小于P2。在某些實施例中，根據(jù)加工條件，中間室214的壓力(P4)可以或者大于或者小于P3。最后，基于加工條件，樣本室218的壓力優(yōu)選地或者大于或者小于P4。
[0029]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易意識到該離子束柱的部件，如聚焦透鏡、束偏轉(zhuǎn)器、以及束熄滅裝置，可以被放在所述不同的中間室中的任意一個室處。優(yōu)選地，所述最后聚焦透鏡朝室214的底部放置，因為當(dāng)該最后透鏡到樣本距離最小時實現(xiàn)最佳斑點尺寸。
[0030]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的電感耦合等離子體(ICP)離子束柱300的一個實施例的示意圖。在這個系統(tǒng)中，兩個抽空的真空室306和308而不是上述三個被串聯(lián)使用。離子通過示意性地顯示為圖2中的管的出口孔徑314離開等離子室201。出口孔徑314具有足夠容納所需離子電流的足夠大的直徑，在一些實施例中，該直徑可以接近2 _。在一些實施例中，該出口孔徑被電性地偏置到高電壓，以偏置該等離子體。離子穿過到達(dá)第一中間抽空的真空室306。中性原子也從出口孔徑314擴散出來并進(jìn)入第一中間抽空的真空室306。
[0031]中間真空室306附接到泵322上，該泵優(yōu)選是能夠處理惰性氣體并且能夠?qū)⒃撌?06保持在約10_5 mbar至10_6 mbar的大容量泵。然后，該離子束和一些中性氣體分子從真空室306通過DPA 316到達(dá)使用離子泵324抽空的第二中間抽空的真空室308。室308是這些中間真空室中最長的，其允許該束將大多數(shù)時間花費在最高質(zhì)量真空環(huán)境下，進(jìn)一步減小了活躍中性粒子形成的概率。該離子氣體束通過最后的DPA 318離開真空室308進(jìn)入樣本室218。要指出的是，術(shù)語“差分泵送孔徑”貫穿以上記載使用，但不意圖對本發(fā)明進(jìn)行限制。術(shù)語“DPA”可以與許多類型孔徑(如電導(dǎo)限制孔徑或壓力限制孔徑)互換。
[0032]要進(jìn)一步指出的是，在圖3中所示的實施例中，中間真空室306和308以及它們各自的出口孔徑和泵的設(shè)置可以與圖2中所示的三個室中的兩個的任一組合一樣。優(yōu)選地，在該等離子體氣體源202處的壓力是最高的，并且該壓力隨離子穿過每個室而下降。在某些實施例中，根據(jù)加工條件，該樣本室218處的壓力大于在中間室308處的壓力。
[0033]圖4為在使用等離子體離子源的聚焦離子束柱內(nèi)改進(jìn)離子束加工的一個實施例的流程圖。在步驟402中，能量被施加到該等離子室內(nèi)的氣體上，使一些氣體分子離子化以產(chǎn)生等離子體。因為供應(yīng)到該等離子室的氣體通常在非常高的壓力下，所以等離子室通常具有在10_3 mbar至I mbar之間的壓力。在步驟404中，使用引出電極通過孔徑將離子化的原子或分子從該等離子室引出到第一真空室內(nèi)。此時，一些中性原子也擴散通過該引出孔徑進(jìn)入該第一真空室。這些中性原子具有很低的能量，因為它們沒有被該引出電極加速。據(jù)信這些低能中性粒子在該真空室內(nèi)朝任意方向擴散并且不沿該引出電極產(chǎn)生的離子柱繼續(xù)。
[0034]泵送該第一真空室以將該壓力降低至10_5 mbar和10_6_mbar之間。通過降低該真空室內(nèi)的壓力，該離子束需要穿過的更少中性氣體分子，因此減少了離子化原子和中性分子之間的碰撞的可能性。該第一真空室被配置成優(yōu)選地盡可能短，以在步驟406中穿過壓力限制孔徑進(jìn)入第二真空室前進(jìn)一步減少離子與中性分子碰撞的機會。若使用渦輪泵用于抽空，該壓力限制孔徑使之有可能將該第二室的壓力進(jìn)一步降低至通常在5*10_7 mbar至1*1(T7 mbar的范圍內(nèi)，甚至進(jìn)一步地若使用離子泵用于抽空,可降低至5*1(T8 mbar。
[0035]若使用超過兩個真空室，條件步驟408重復(fù)步驟406，其中進(jìn)一步降低每個后續(xù)真空室內(nèi)的壓力，其目標(biāo)是使該壓力變得盡可能低并且減少可用于產(chǎn)生活躍中性粒子的碰撞的中性分子的數(shù)量。該最后真空室通常具有最低壓力并且通常比之前的真空室更長以允許該離子束將最長時間花費在最低壓力環(huán)境下，在這種環(huán)境下的與中性分子的碰撞的可能性最小。
[0036]在步驟410中，該束穿過壓力限制孔徑進(jìn)入樣本室，在步驟412，其用于在該樣本室中加工工件。該最后真空室和該樣本室之間的壓力限制孔徑使之有可能在該樣本室內(nèi)具有更高的壓力，若使用前驅(qū)氣體，這就會發(fā)生，然而仍在該最后真空室內(nèi)保持非常低的壓力。要指出的是，這些離子可以如前述那樣在上述中間真空室中任意一個內(nèi)聚焦，但是在到達(dá)該樣本室前，但是盡可能接近該樣本，優(yōu)選地在該最后中間真空室處完成最終的探針形成聚焦。[0037]一旦完成該工件的加工，則完成該方法。
[0038]本發(fā)明的實施例可以比典型的現(xiàn)有技術(shù)ICP離子束系統(tǒng)提供一個或多個優(yōu)點。所有這些實施例的主要優(yōu)點是減少了隨該離子束沿該離子引出區(qū)域和該樣本表面之間的離子束柱傳遞產(chǎn)生的中性粒子的數(shù)量。
[0039]那些ICP離子【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到上述多真空室系統(tǒng)使之有可能在距離該離子源最小距離內(nèi)實現(xiàn)很高的真空，而很高的真空環(huán)境通過減少當(dāng)該離子束向下朝該柱行進(jìn)時與中性氣體分子的離子碰撞的概率來減少到達(dá)該工件的“活躍中性粒子”的數(shù)量。
[0040]在某些實施例中，可以在如掃描電子顯微鏡(SEM) /ICP-FIB系統(tǒng)的雙束系統(tǒng)中使用以上所述多個真空室。在這種配置中，特別期望的是緩解中性粒子產(chǎn)生，因為由該FIB生成的二次電子可能損害SEM成像。
[0041]本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到所述本發(fā)明不限于電感耦合等離子體源。上述本發(fā)明可以和其他等離子體源一起使用，如基于電子回旋共振(ECR)的等離子體源。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，一種帶電粒子束系統(tǒng)包括用于容納等離子體的等離子室；用于將該等離子體偏置到至少10，000 V電壓的源電極；用于從該等離子室引出離子的引出電極；用于將這些離子聚焦到指向該工件的束中的聚焦透鏡；用于容納工件的樣本室，該樣本室連接到真空泵；以及第一中間真空室，該第一中間真空室在一端連接到該等離子室并且在另一端通過差分泵送孔徑連接到該樣本室或連接到一個或多個附加中間真空室，該第一中間真空室連接到真空泵，該第一或所述一個或多個附加中間真空室減少了該離子束與中性氣體粒子的碰撞，由此減少了沖擊該工件的活躍中性粒子的產(chǎn)生。
[0043]在一些實施例中，該帶電粒子束流系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少一個在該第一中間真空室和該樣本室之間的附加中間真空室，該至少一個附加中間真空室各自被連接到真空泵并且被差分泵送孔徑與其前面的和后面的室隔開。在一些實施例中，這些附加中間真空室各自具有比其前面緊接的中間真空室更低的壓力。在一些實施例中，這些附加中間真空室各自具有小于前面緊接的中間真空室的壓力的1/10的更低的壓力。
[0044]在一些實施例中，該第一中間真空室具有比該等離子室內(nèi)的壓力低至少5倍的壓力。在一些實施例中，從該第一中間真空室引出來的差分泵送孔徑是它的直徑的至少兩倍長。在一些實施例中，該樣本室具有比前面緊接的中間真空室更高的壓力。
[0045]在一些實施例中，該壓力乘以穿過這些中間真空室中的每一個以及該樣本室的路徑長度之積的總和小于3 X 10_3 mbar*mm。在一些實施例中，該壓力乘以穿過這些中間真空室中的每一個以及該樣本室的路徑長度之積的總和小于3 X 10_5 mbar*mm。
[0046]在一些實施例中，活躍中性粒子產(chǎn)生的概率小于1%。在一些實施例中，活躍中性粒子產(chǎn)生的概率小于0.01%。在一些實施例中，該帶電粒子束系統(tǒng)進(jìn)一步包括將從該等尚子室發(fā)射出來的離子的能量發(fā)散減小到小于10 eV的裝置。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，一種通過減少沖擊到工件上的活躍中性粒子的數(shù)量來改進(jìn)使用等離子體離子源的離子束加工的方法，包括將能量施加到等離子室內(nèi)的氣體以產(chǎn)生等離子體，該等離子室被保持在第一壓力下；將離子從該等離子室引入到第一中間真空室內(nèi)，該第一中間真空室被保持在低于該等離子室內(nèi)的壓力的壓力下；通過差分泵送孔徑將離子傳遞到樣本室內(nèi)；以及將離子聚焦在工件上以用這些聚焦的離子加工該工件。[0048]在一些實施例中，該方法進(jìn)一步包括傳遞離子通過一個或多個附加中間真空室，該一個或多個附加中間真空室各自內(nèi)的壓力低于該之前中間真空室內(nèi)的壓力。在一些實施例中，該壓力乘以穿過這些中間真空室中的每一個以及該樣本室的路徑長度之積小于3 X10_3 mbar*mm。在一些實施例中，該壓力乘以穿過這些中間真空室中的每一個以及該樣本室的路徑長度之積小于3 X I(T5 mbar*mm。
[0049]在一些實施例中，從該第一中間真空室到該工件的活躍中性粒子產(chǎn)生的概率小于1%。在一些實施例中，從該第一中間真空室到該工件的活躍中性粒子產(chǎn)生的概率小于
0.01%。在一些實施例中，該第一中間真空室被保持在1(T5 mbar和1(T6 mbar之間的壓力下并且所述附加中間真空室中的后續(xù)之一被保持在10_6 mbar和10_7 mbar之間的壓力下。在一些實施例中，將離子從該等離子室引入到第一中間真空室內(nèi)包括引出具有小于10 eV的能量發(fā)散的離子。
[0050]雖然已經(jīng)詳細(xì)說明了本發(fā)明及其優(yōu)點，但應(yīng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求書定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，此處可以做出各種變化、替代方案和更改。此外，本申請的范圍并非旨在局限于在本說明書中所說明的工藝、機器、制造物、物質(zhì)的組合物、手段、方法以及步驟的具體實施例。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將從本發(fā)明的披露輕易認(rèn)識到的，可以根據(jù)本發(fā)明利用現(xiàn)有的或往后要開發(fā)的、實質(zhì)性地執(zhí)行相同功能或?qū)嵸|(zhì)性地實現(xiàn)和所述相對應(yīng)實施例相同結(jié)果的事項、方式、方法或步驟的工藝、機械、生產(chǎn)、組合。相應(yīng)地，所附權(quán)利要求書是旨在于它們的范圍內(nèi)包括此類工藝、機器、制造物、物質(zhì)的組合物、手段、方法或步驟。
[0051]我們的權(quán)利要求如下:
【權(quán)利要求】
1.一種帶電粒子束系統(tǒng)，包括: 用于容納等離子體的等離子室； 用于將該等離子體偏置到至少10，000 V的電壓的源電極； 用于從該等離子室引出離子的引出電極； 用于將離子聚焦成指向工件的束的聚焦透鏡； 用于容納該工件的樣本室，該樣本室連接到真空泵；以及 第一中間真空室，該第一中間真空室在一端連接到該等離子室上并且在另一端通過差分泵送孔徑連接到該樣本室或連接到一個或多個附加中間真空室，該第一中間真空室連接到真空泵，該第一中間真空室以及該一個或多個附加中間真空室減少了該離子束與中性氣體粒子的碰撞，由此減少了沖擊該工件的活躍中性粒子的產(chǎn)生。
2.如權(quán)利要求1所述的帶電粒子束系統(tǒng)，進(jìn)一步包括在該第一中間真空室與該樣本室之間的至少一個附加中間真空室，該至少一個附加中間真空室各自被連接到真空泵并且被差分泵送孔徑與其前面和后面的室分開。
3.如權(quán)利要求2所述的帶電粒 子束系統(tǒng)，其中，這些附加中間真空室各自具有的壓力低于直接在其前面的中間真空室的壓力。
4.如權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，這些附加中間真空室各自具有的壓力低于直接在其前面的中間真空室的壓力的1/10。
5.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，該第一中間真空室具有的壓力比該等離子室內(nèi)的壓力低至少五倍。
6.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，從該第一中間真空室引出的差分泵送孔徑長達(dá)其直徑的至少兩倍。
7.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，該樣本室具有的壓力高于直接在其前面的中間真空室的壓力。
8.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，該壓力乘以穿過這些中間真空室中的每一個以及該樣本室的路徑長度之積的總和是小于3 X 10_3 mbar*mm。
9.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，該壓力乘以穿過這些中間真空室中的每一個以及該樣本室的路徑長度之積的總和是小于3 X 10_5 mbar*mm。
10.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，活躍中性粒子產(chǎn)生的概率小于1%。
11.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，活躍中性粒子產(chǎn)生的概率小于0.01%。
12.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的帶電粒子束系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于將從該等離子室發(fā)射出來的離子的能量發(fā)散減小到小于10 eV的裝置。
13.—種通過減少沖擊到工件上的活躍中性粒子的數(shù)量來改進(jìn)使用等離子體離子源的離子束的方法，該方法包括: 將能量施加到等離子室內(nèi)的氣體以產(chǎn)生等離子體，該等離子室被保持在第一壓力下； 將離子從該等離子室引入到第一中間真空室內(nèi)，該第一中間真空室被保持在低于該等離子室內(nèi)的壓力的壓力下； 通過差分泵送孔徑將離子傳遞到一個樣本室內(nèi)；并且將離子聚焦在工件上以便用聚焦離子來加工該工件。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括通過一個或多個附加中間真空室傳遞離子，在該一個或多個附加中間真空室的每一個內(nèi)的壓力都低于其之前中間真空室內(nèi)的壓力。
15.如權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的方法，其中，該壓力乘以穿過中間真空室中的每一個以及該樣本室的路徑長度之積小于3 X 10_3 mbar*mm。
16.如權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的方法，其中，該壓力乘以穿過中間真空室中的每一個以及該樣本室的路徑長度之積小于3 X 10_5 mbar*mm。
17.如權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的方法，其中，從該第一中間真空室到該工件的活躍中性粒子產(chǎn)生的概率小于1%。
18.如權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的方法，其中，從該第一中間真空室到該工件的活躍中性粒子產(chǎn)生的概率小于0.01%。
19.如權(quán)利要求14所述的方法,其中，該第一中間真空室保持在10_5mbar和10_6 mbar之間的壓力下并且附加中間真空室中后續(xù)的一個保持在1(T6 mbar和1(T7 mbar之間的壓力下。
20.如權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的方法，其中，將離子從該等離子室引入到第一中間真空室內(nèi)包括引入具有 小于10 eV的能量發(fā)散的離子。
【文檔編號】H01J37/08GK103456588SQ201310211268
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月31日
【發(fā)明者】T.米勒, S.克羅格, S.張, M.馬佐斯, A.格勞佩拉 申請人:Fei 公司