專利名稱：結(jié)合具有可選擇離子的聚焦離子束柱使用的感應(yīng)耦合等離子體離子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶電離子束加工系統(tǒng)，且具體地涉及具有可選擇離子種類的帶電離子束系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
聚焦離子束(FIB)系統(tǒng)用于集成電路制造和納米技術(shù)中的各種應(yīng)用中，以形成和改變微米級和納米級的結(jié)構(gòu)。FIB系統(tǒng)能夠使用各種源來產(chǎn)生離子。例如，液態(tài)金屬離子源(LMIS)能夠提供高分辨率的加工(即，小的斑點(diǎn)尺寸)，但是通常產(chǎn)生低的束電流。使用鎵LMIS的典型系統(tǒng)能夠提供五至七個(gè)納米的橫向分辨率。這種系統(tǒng)廣泛地用于微米級至納米級尺度的材料特征形成和處理。鎵LMIS包括涂覆有鎵層的尖針。當(dāng)電場被施加到液態(tài)鎵以從該源中提取離子時(shí)，該針保持在高溫下。具有鎵LMIS的FIB系統(tǒng)例如能夠用于以高精度來成像、研磨、沉積和分析。研磨或顯微機(jī)加工包括移除該表面處或該表面附近的大量材料。研磨能夠在不具有蝕刻輔助氣體的情況下以動(dòng)量傳遞加工(所謂的濺射)的方式被執(zhí)行，或者在使用蝕刻輔助氣體的情況下以所謂的化學(xué)輔助離子束蝕刻的加工的方式被執(zhí)行。轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利N0.5，188，705描述了一種化學(xué)輔助離子束蝕刻加工。在化學(xué)輔助離子束蝕刻中，蝕刻增強(qiáng)氣體在存在離子束的情況下反應(yīng)以與表面材料結(jié)合，從而形成不穩(wěn)定的復(fù)合物。在FIB沉積中，前體氣體(例如，有機(jī)金屬復(fù)合物)在存在離子束的情況下分解，以將材料沉積到目標(biāo)表面上。在上文描述的全部加工中，束中鎵離子的功能在于提供能量，以用于通過濺射使得工件上的顆粒物理移位或者激活粘附到表面上的分子的化學(xué)反應(yīng)。鎵自身通常并不參與該反應(yīng)。鎵用于該束中，這是因?yàn)殒壍奶匦?例如，熔點(diǎn)、電離能量和質(zhì)量)使其適于形成為與通常使用的工件材料相互作用的窄束。使用鎵LMIS具有以下缺點(diǎn)。鎵原子注入到工件中，并且在許多應(yīng)用中產(chǎn)生了不想要的副作用，例如改變了工件的不透明性或電氣特性。鎵還在轟擊區(qū)域中破壞了晶體結(jié)構(gòu)。同樣，為了產(chǎn)生十分窄的束，來自LMIS的束的電流必須保持相對較低，這意味著低的蝕刻速率以及更長的加工時(shí)間。雖然期望對于不同的應(yīng)用使用不同的離子種類，但是液態(tài)金屬離子源在其能夠產(chǎn)生的離子類型方面受到限制。僅能夠使用具有合適熔點(diǎn)、電離能量和質(zhì)量的金屬種類，因而這限制了從LMIS中可用的離子種類。雖然還期望能夠?qū)τ诓煌募庸げ襟E快速地改變離子種類，但是改變LMIS的離子種類需要從真空腔中移除該源并且將其用不同的源替換，這必須經(jīng)歷費(fèi)時(shí)的準(zhǔn)備過程。存在提供不止一種金屬的離子的液態(tài)金屬合金源。從這種源獲得的可用的離子類型局限于形成了具有合適特性的合金的金屬組合。一些液態(tài)金屬合金系統(tǒng)(例如，在 Parker 等人的名稱為 “Method for Repairing Semiconductor Masks &Reticles”的美國專利N0.5，165,954中描述的那樣)結(jié)合這樣的濾質(zhì)器使用，所述濾質(zhì)器將不同種類的離子分離，使得撞擊目標(biāo)物的束包括單個(gè)種類。
—些類型的濾質(zhì)器，例如ExB濾質(zhì)器或“Wien濾質(zhì)器”，使用電場以及與該電場垂直的磁場，該電場和磁場使得選定質(zhì)量和能量的離子通過濾質(zhì)器，而具有其他質(zhì)量或能量的離子被偏轉(zhuǎn)到屏障物中。ExB濾質(zhì)器的偏轉(zhuǎn)取決于離子的能量，然而在束中始終具有一些能量變化，因此該濾質(zhì)器在該系統(tǒng)中引入色差、使得束散開并且降低了束的分辨率。濾質(zhì)器內(nèi)的不均勻場也有助于束的像差。等離子體離子源離子化等離子體腔中的氣體，并且提取離子以形成被聚焦在工件上的束。等離子體離子源(例如，在Coath和Long發(fā)表的“A High-BrightnessDuoplasmatron 1n Source Microprobe Secondary 1n Mass Spectroscopy, ” Rev.Sc1.1nstruments 66(2)，p.1018 (1995)中描述的雙等離子體發(fā)射器等離子體離子源)已經(jīng)被用作離子束系統(tǒng)的離子源，尤其用于質(zhì)譜分析和離子注入的應(yīng)用中。由于從等離子體腔提取的離子的能量分散，因此雙等離子體源的離子不能夠像來自LMIS的離子那樣聚焦到那么小的斑點(diǎn)上。雙等離子體發(fā)射器離子源例如用于在大面積上注入離子或用于飛行時(shí)間質(zhì)譜分析。在飛行時(shí)間質(zhì)譜分析中，主束中的離子使得來自表面的離子濺射，并且每個(gè)濺射離子的質(zhì)量由濺射離子到達(dá)檢測器所需的時(shí)間來確定。為了獲得精確的測量，有必要精確地知道主束中的離子何時(shí)撞擊該表面。許多氣體種類包括具有稍微不同質(zhì)量的多種同位素，并且由于主束中的不同同位素將在不同的時(shí)間到達(dá)樣本，因此濾質(zhì)被用于分離同位素，使得單個(gè)同位素在精確知道的時(shí)間到達(dá)該樣本。近年來，感應(yīng)耦合等離子體(ICP)離子源已經(jīng)開始用于FIB系統(tǒng)中。ICP源中的創(chuàng)新在于具有降低的色差，允許更高分辨率的加工，這創(chuàng)造了用于離子束加工(包括成像)的新機(jī)會(huì)。許多不同類型的氣體能夠用于等離子體離子源中，以提供各種離子種類，使得這些離子種類能夠針對不同應(yīng)用被優(yōu)化。例如，氦離子對于成像或光學(xué)拋光是有用的，而氙離子提供了用于批量加工的相對高的研磨速率。等離子體離子源能夠產(chǎn)生許多不同種類的離子并且具有大的電流，但是束分辨率受限制。當(dāng)使用者想要改變等離子體源中的離子種類時(shí)，必需從等離子體腔移除第一氣體并且將其替換為第二氣體。被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并且以引用的方式結(jié)合到本文的名稱為“Mult1-Source Plasma Focused 1n BeamSystem”的美國專利公布N0.2009/0309018中描述了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于將多種氣體提供到等離子體腔，以提供用于執(zhí)行不同的帶電離子束操作的不同離子種類。不幸的是，該系統(tǒng)可能要花費(fèi)長達(dá)30分鐘來從等離子體腔移除一種氣體以及將其用第二氣體充滿。用于等離子體離子源的氣體入口通常具有小開口，氣體通過該小開口被供應(yīng)，以保持等離子體腔中的壓力。由于氣體被十分緩慢地使用，因此用于補(bǔ)充氣體的小開口是很小的。這使得針對許多應(yīng)用來改變氣體將花費(fèi)不可接受的長時(shí)間，所述許多應(yīng)用使用不同的加工氣體來順序地加工工件。圖1示出了用于結(jié)合FIB系統(tǒng)(例如，在美國專利公布N0.2009/0309018中描述的FIB系統(tǒng))使用的典型的現(xiàn)有技術(shù)ICP離子源100。氣體從外部供氣管線104通過氣體過濾器106然后被提供到具有限流部110的毛細(xì)管件108，最后提供到源管103內(nèi)的等離子體腔102。能量由天線線圈114從RF電源113輸送到等離子體腔102中，并且離子由提取器電極120通過源電極118中的源電極孔116來提取。分離的法拉第屏蔽121降低了線圈114與腔102中的等離子體之間的電容耦合，在腔102中降低了所提取的離子的能量分散。電源113優(yōu)選地以“平衡”的方式驅(qū)動(dòng)天線114，也就是說，天線上的電相移被調(diào)節(jié)以減少對等離子體電勢的調(diào)制，如在 Keller 等人的名稱為 “Magnetically enhanced, inductively coupledplasma source for a focused ion beam system”的美國專利公布N0.20080017319 中所述的那樣，該專利公布被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并且以引用的方式結(jié)合到本文。平衡天線優(yōu)選地提供了等離子體內(nèi)的射頻能量場的零點(diǎn)，這降低了從等離子體腔102提取的離子的能量分散。被引導(dǎo)進(jìn)出等離子體腔102的氣體通過毛細(xì)管件(在源管件103的頂部)中的限流部110以及源電極118中的孔116(通常，直徑小于％ mm)。通過閥123連接到供氣管線104的泵122通過毛細(xì)管件108和供氣管線104從等離子體腔102移除氣體。離子柱泵(未示出)通過源電極孔116從等離子體腔102提取氣體。多個(gè)氣源(例如，氣體存儲(chǔ)裝置130A、氣體存儲(chǔ)裝置130B、氣體存儲(chǔ)裝置130C、氣體存儲(chǔ)裝置130D)通過相應(yīng)閥131A至131D將氣體供應(yīng)到供氣管線104中。束電壓源132將高電壓供應(yīng)到腔102中的等離子體，并且提取電壓源134將電壓供應(yīng)到提取電極120。提取的離子和電子由聚焦電極136來聚焦。聚焦的柱和樣品腔的附加細(xì)節(jié)未被示出。為了從等離子體腔的內(nèi)部移除氣體，供氣管線104如所示地被泵吸，以便在毛細(xì)管件108中的限流部110上方移除源管中的氣體。FIB系統(tǒng)在源電極118下方的容積還使用主腔真空泵(未示出)來適當(dāng)?shù)厥┘颖梦Ｓ捎谠措姌O孔116和限流部110都具有小直徑并且相應(yīng)地具有相當(dāng)?shù)偷臍怏w傳導(dǎo)，因此不可能從源管103的內(nèi)部快速地泵吸出。這是缺點(diǎn)，尤其對于生產(chǎn)FIB系統(tǒng)來說，在該FIB系統(tǒng)中有時(shí)期望執(zhí)行利用了不同離子種類的順序加工步驟。首先，在基礎(chǔ)壓力足夠低至引入第二加工氣體之前，可能花費(fèi)長得多的時(shí)間來從源管103中泵吸出第一加工氣體。氣體的不充分清掃可能在整個(gè)離子化中導(dǎo)致對等離子體的污染。名稱為“Methodsand Structures for Rapid Switching between Different Process Gases in anInductively-Coupled Plasma (ICP) 1n Source” 的美國專利申請 N0.13/182，187 描述了這樣的等離子體腔設(shè)計(jì)，通過提供用于氣體進(jìn)出真空腔的另選路徑，該等離子體腔設(shè)計(jì)提供了等離子體源中的氣體的快速更換。因此，提供不同離子種類的高分辨率束受到了長的氣體更換時(shí)間的限制，或者在金屬合金源的情況下，金屬存在于合金中，這些金屬通常受到基于材料相容性來形成這種合金的能力的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種FIB系統(tǒng)，該FIB系統(tǒng)用于在不同離子種類之間進(jìn)行快速切換。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，為FIB柱提供了一種ICP離子源。該等離子體離子源包含不止一種類型的氣體，以提供不同種類的離子。包括了聚焦束的離子種類通過使用濾質(zhì)器從離開該源的多個(gè)離子種類中被選取。前述內(nèi)容已經(jīng)相當(dāng)寬泛地勾勒出本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)勢，以便能夠更好地理解本發(fā)明的后述的詳細(xì)說明。本發(fā)明的附加特征和優(yōu)勢將在下文被描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，所公開的概念和具體實(shí)施方式
能夠容易地用作用于實(shí)施本發(fā)明的相同目的而修改或設(shè)計(jì)的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，這種等同結(jié)構(gòu)不偏離由所附權(quán)利要求書闡述的本發(fā)明的精神和范圍。


為了更透徹地理解本發(fā)明及其優(yōu)勢，現(xiàn)將結(jié)合附圖參考下述說明，在附圖中:
圖1示出了使用ICP離子源的現(xiàn)有技術(shù)FIB系統(tǒng)的截面示意圖。圖2A示出了 FIB系統(tǒng)的第一實(shí)施方式的截面示意圖，所述FIB系統(tǒng)使用ICP離子源，并且具有用于選擇撞擊樣品的離子種類的濾質(zhì)器。圖2B示出了 FIB系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的截面示意圖，所述FIB系統(tǒng)使用ICP離子源，并且具有用于選擇撞擊該樣品的離子種類的濾質(zhì)器。圖3示出了使用像差校正Wien ExB濾質(zhì)器的一種濾質(zhì)器的實(shí)施方式。圖4示出了使用兩個(gè)靜電極片的濾質(zhì)器的實(shí)施方式，每個(gè)靜電極片具有單獨(dú)的電連接。圖5示出了用于本發(fā)明的一些實(shí)施方式中的ExB濾質(zhì)器的實(shí)施方式的立體的四分之一剖視圖。圖6示出了沿圖5的剖面線C-C的側(cè)視剖面圖，其示出了用于本發(fā)明的一些實(shí)施方式的ExB濾質(zhì)器的磁路。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式優(yōu)選的實(shí)施方式包括ICP離子源以及濾質(zhì)器，該ICP離子源在其中具有多個(gè)氣體種類，所述濾質(zhì)器用于從提取自該源的多個(gè)離子種類中選取離子種類以便以聚焦離子束的方式撞擊目標(biāo)物。優(yōu)選的實(shí)施方式提供了用于幾乎不受限制的各種應(yīng)用中的十分寬范圍的質(zhì)量和束電流選擇。這不同于例如飛行時(shí)間質(zhì)譜分析中的濾質(zhì)方面，在飛行時(shí)間質(zhì)譜分析中，單個(gè)種類選自稍微不同質(zhì)量的多個(gè)同位素。ICP源和濾質(zhì)器的組合提供對這樣的問題的解決方案，所述問題是:提供高分辨率束，并且還提供在可選擇的離子種類中的寬泛選擇之間的快速切換。濾質(zhì)器允許不同種類的離子在束的形成期間離開該源，其中選擇特定的種類，而其他種類則借助濾質(zhì)器被拒絕。由于在操作期間多種氣體存在于等離子體中，因此借助于改變?yōu)V質(zhì)器的構(gòu)造從而能夠在少于一分鐘、少于一秒鐘、少于0.5秒、或少于0.1秒內(nèi)快速地改變離子種類。優(yōu)選的濾質(zhì)器是Wien濾質(zhì)器，也稱為ExB濾質(zhì)器，這是因?yàn)槭羞M(jìn)通過具有磁場以及與該磁場垂直的電場的區(qū)域。還能夠使用其他類型的濾質(zhì)器，例如四極濾質(zhì)器(quadrupole)、扇形儀表裝置或球形電容器。ICP等離子體源和ExB濾質(zhì)器在結(jié)合以混合的源氣體的情況下提供了一種用于同時(shí)產(chǎn)生包括了來自全部源氣體的離子的等離子體的方法。氣體能夠按照來自預(yù)混合氣體源的固定比或者按照來自單獨(dú)氣體源的可選擇比從而被引入到等離子體腔中。等離子體腔中的混合氣體不是污染的結(jié)果，也不是同一元素的不同同位素的結(jié)果，而是包括不同元素，每種元素在等離子體中具有足夠的量以形成用于加工工件的束。雖然ExB濾質(zhì)器已知將在束中引入色差以及其他像差，但是申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，離開IPC等離子體源的離子之中的能量變化相當(dāng)小，使得在經(jīng)過濾質(zhì)的束和聚焦的柱中引入的像差是小的，由此提供小的斑點(diǎn)尺寸以及高分辨率的加工。優(yōu)選的ICP產(chǎn)生同一種類的離子，其能量分散小于40 eV、更優(yōu)選地小于20 eV、并且最優(yōu)選地小于6 eV。ICP等離子體源、濾質(zhì)器和離子柱的組合能夠提供這樣的離子束，該離子束的斑點(diǎn)尺寸(或光點(diǎn)直徑)小于I微米、小于500 nm、小于100 nm或小于50 nm。由ICP和濾質(zhì)器的組合在工件處提供的束電流通常在I PA和10 μ A之間。在一個(gè)實(shí)施方式中，ICP等離子體源和濾質(zhì)器的組合能夠提供具有10 μ A電流并且斑點(diǎn)尺寸小于200 μ m、小于500 nm或小于100 nm的束。在另一實(shí)施方式中，ICP等離子體源和濾質(zhì)器的組合能夠提供具有I μ A電流、并且斑點(diǎn)尺寸小于500 nm、小于100 nm或小于50 nm的束。在另一實(shí)施方式中，ICP等離子體源和濾質(zhì)器的組合能夠提供具有10 nA電流、并且斑點(diǎn)尺寸小于200 nm、小于100 nm或小于25 nm的束。在另一實(shí)施方式中，ICP等離子體源和濾質(zhì)器的組合能夠提供具有I pA電流、并且斑點(diǎn)尺寸小于20 nm、小于10 nm或小于5 nm的束。通過源中的透鏡模式操作、分離的法拉第屏蔽(split faraday shield)和平衡天線以及用于減少濾質(zhì)器中的像差的各種技術(shù)來改善束分辨率。取決于具體應(yīng)用所需的分辨率，并非全部的分辨率增強(qiáng)特征都要用于每個(gè)實(shí)施方式中。ExB濾質(zhì)器允許選擇或拒絕來自混合源的一個(gè)離子種類，以實(shí)施通過使用特定離子(例如，光離子、重離子、惰性離子或反應(yīng)離子)受益的具體操作。一個(gè)實(shí)施方式使用了十分輕的離子、中等重量離子和重離子(例如，氖、氬和氙)的混合氣體，這允許寬范圍的離子質(zhì)量以覆蓋寬泛的應(yīng)用范圍。一些實(shí)施方式設(shè)置成使這些氣體的成分和/或比例通過如下方式來加以控制，所述方式為:使離散氣體在被引入到等離子體源中之前處在公共空間中，從而在外面預(yù)先混合。然后，公共空間借助供氣管線被連接到離子源。在其他實(shí)施方式中，氣體連接到來自多個(gè)單獨(dú)氣體源的供氣管線，每個(gè)氣體源都盛裝單個(gè)氣體種類。實(shí)施方式允許寬范圍的功率和壓力設(shè)置，這可以優(yōu)選地增加一個(gè)期望種類相比于另一種類的性能，同時(shí)借助于使用濾質(zhì)器仍然保持離子種類選擇能力。例如，不同的氣體(例如，氧氣和氙氣)能夠以可變化學(xué)當(dāng)量比混合，并且通過在不同的功率和壓力工況下的操作被進(jìn)一步優(yōu)化。通常，氣壓的下限由對應(yīng)于最受限制的氣體的高電壓擊穿的壓力來限定。由帕邢(Paschen)通過詳盡的表征良好地建立了:存在用于許多特定氣體種類的唯一功率和壓力關(guān)系。該關(guān)系限定了:在規(guī)定電壓下并且在將不會(huì)導(dǎo)致氣體的高電壓擊穿的一定壓力范圍內(nèi)的該氣體的可接受操作范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，對于寬范圍的氣體種類或在同一等離子體源內(nèi)的氣體種類的組合而言，可實(shí)現(xiàn)源氣體、操作壓力和功率設(shè)置的各種組合，并且這些組合優(yōu)選地通過濾質(zhì)而能夠被選擇，或者通過精細(xì)調(diào)節(jié)功率和壓力并且結(jié)合進(jìn)一步濾質(zhì)而能夠被選擇。在上述示例中，最受限制的氣體是氙氣，在高電壓擊穿發(fā)生之前，該氙氣具有大約1300毫巴(mbar)的最小入口壓力需求。相反地，氧氣具有大約500毫巴的低得多的限制值。此外，存在基于源氣體種類的最小功率設(shè)置，該最小功率設(shè)置對于形成并保持等離子體是必要的。例如，氙氣能夠?qū)⒌入x子體保持在低至15 W的輸入功率，而氧氣需要大約150W的最小輸入功率。人們能夠與進(jìn)一步濾質(zhì)一起來操作氙氣和氧氣的混合物，或者簡單地通過精細(xì)調(diào)節(jié)功率和壓力參數(shù)而能夠獨(dú)立地操作氙氣和氧氣的混合物。用于操作這種源氣體組合的功率和壓力的典型范圍能夠在500毫巴至3000毫巴的壓力下從25 W至1000 W變化。更優(yōu)選的功率和壓力范圍能夠是從100 W至600 W以及從1000毫巴至2000毫巴。或相反地，25 W至100 W的功率設(shè)置以及1500毫巴至2000毫巴的壓力設(shè)置會(huì)導(dǎo)致能夠優(yōu)選地即使在存在氧氣的情況下也僅產(chǎn)生氙氣等離子體的能力，而不會(huì)帕邢擊穿(Paschenbreakdown)o在任何情況下，存在濾質(zhì)器允許在等離子體束的任何不想要成分被提取并聚焦之后允許該不想要成分被移除。已經(jīng)從輕離子種類(例如，氖)、到中等重量離子種類(例如，氬)直至重離子種類(例如，氙)的范圍演示了寬范圍源氣體種類的操作。還已經(jīng)演示了諸如氮?dú)夂脱鯕獾钠渌礆怏w。因此，應(yīng)當(dāng)可以借助所述的方法以這些氣體的任何組合來操作等離子體源和濾質(zhì)器。因此，對從快速材料移除到輕離子成像的不同應(yīng)用來說，該實(shí)施方式允許更大的多樣性、精確的選擇以及便于操作。使用上述信息作為教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠選擇用于各種氣體組合的合適功率和壓力關(guān)系。與多種氣體如何被供應(yīng)到等離子體腔無關(guān)，這些實(shí)施方式提供了對離子種類的直接選擇，否則，可能需要對源氣體的更換，以便改變用于特定操作所需的離子種類。一些實(shí)施方式的益處在于，能夠傳輸許多氣體混合物，而不管這些氣體混合物是預(yù)混合的還是在供氣管線或等離子體腔中現(xiàn)場混合的。這類似于在一個(gè)源組件中操作多個(gè)合金源的能力。例如，氣體源能夠提供可以是氦氣和氙氣的混合物，而另一氣源能夠提供可以是氫氣和氧氣的混合物。在一些實(shí)施方式中，能夠設(shè)置一個(gè)或多個(gè)濾質(zhì)器，以使多個(gè)離子種類經(jīng)過，從而例如用于由輕離子同時(shí)成像以及由重離子研磨，如Rue等人的名稱為“Navigation and Sample Processing Using an 1n Source Containing both Low-Massand High-Mass Species”美國專利申請N0.13/223，276中所述的那樣,該專利申請被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并且以引用的方式結(jié)合到本文。一些實(shí)施方式的附加益處在于，ICP源能夠傳送極寬范圍的束電流的能力，由此具有的進(jìn)一步優(yōu)勢在于:可用的質(zhì)量及其相當(dāng)不同的成像和研磨特征的寬廣分布。申請人:已經(jīng)演示了將空氣用作等離子體腔中的氣體的實(shí)施方式的能力。等離子體主要包括氮離子，而其余部分則主要包括氧離子，還具有的小部分的其他元素是氬和氦。圖2A示出了本發(fā)明的FIB系統(tǒng)200。系統(tǒng)200類似于圖1的系統(tǒng)100，其中在離子源下方添加有濾質(zhì)器202。如圖1中所示的那樣，優(yōu)選的等離子體源包括分離的法拉第屏蔽121，以減少天線和等離子體之間的電容耦合并且減少所提取的離子的能量分散。優(yōu)選的等離子體源還包括以平衡的方式被驅(qū)動(dòng)的天線114，該天線調(diào)節(jié)其上的相移，以最小化或消除等離子體電勢的射頻調(diào)制。濾質(zhì)器202優(yōu)選地是ExB濾質(zhì)器，但是能夠使用其他類型的濾質(zhì)器。濾質(zhì)器202包括:提供電場的電極204 ;設(shè)置在紙平面上方和下方的磁體(未示出)，該磁體提供交叉磁場。連接器206提供至電極204的電連接，并且提供機(jī)械連接以調(diào)節(jié)電極204的位置。這些場能夠被調(diào)節(jié)，以選擇穿過該濾質(zhì)器而不偏轉(zhuǎn)以及穿過束路徑中的孔的離子的質(zhì)量；具有所選擇質(zhì)量之外的質(zhì)量的離子將會(huì)偏轉(zhuǎn)并且將不會(huì)穿過該孔。雖然濾質(zhì)器202被示意性地示出，但是濾質(zhì)器可包括具有沿束軸線分開的不止一個(gè)E X B場區(qū)域的更復(fù)雜的濾質(zhì)器或復(fù)合濾質(zhì)器。閥131A至131D被調(diào)節(jié)，以將期望的氣體混合物提供到供氣管線104中，以向等離子體腔106提供氣體。不同于其中單種氣體通常在任何時(shí)刻被供應(yīng)到等離子體腔102的現(xiàn)有技術(shù)，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，閥131A至131D中的多個(gè)能夠同時(shí)被打開，以同時(shí)向等離子體腔提供多個(gè)氣體種類。閥131A至131D優(yōu)選地是控制進(jìn)入氣體入口 104中的氣體的比率的計(jì)量閥。
圖2B類似于圖2A，不同之處在于，氣體源130A至130D中的一些通過閥131A至131D輸送到混合空間210中，在該混合空間中，氣體在被傳送經(jīng)過閥212進(jìn)入到供氣管線104以及進(jìn)入到等離子體腔102之前被預(yù)混合。氣體源130E直接輸送到供氣管線104中。在各個(gè)實(shí)施方式中，能夠結(jié)合任何數(shù)量的單個(gè)氣體源和混合空間。另選地，混合氣體源210能夠在另一位置被制備，并且連接到閥212，從而在FIB系統(tǒng)中省除氣體源130A至130E。濾質(zhì)器202例如能夠包括如圖3所示并且在名為“Aberration Corrected WienExB Mass Filter with Removal of Neutrals from the Beam” 的美國專利申請 N0.13/089,991中更詳細(xì)地描述的濾質(zhì)器，該專利申請被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并且以引用的方式結(jié)合到本文。圖3示出了具有像差校正濾質(zhì)器304的離子柱302，該像差校正濾質(zhì)器具有兩級，即:上部ExB濾質(zhì)器306U和下部ExB濾質(zhì)器306L。離子312由提取電極315從ICP等離子體腔313抽吸出。然后，離子312由上部透鏡348會(huì)聚成大致平行的束310。在完全平行的束310中，束310中的單獨(dú)離子軌跡可能被推斷回到沿光軸380負(fù)無窮大處的虛擬源(未示出)。“大致平行”的束是這樣的束，其中虛擬源不必在負(fù)無窮大處，但是推斷的離子軌跡與離子柱302的總長相比，在比源末端(上方或下方)要遠(yuǎn)至少三倍的位置處仍與光軸380相交。上部ExB濾質(zhì)器306U包括電極314U、場終止板316U和磁場源(未不出)。電極314U在附圖的平面中產(chǎn)生用箭頭320U表示的電場(從左側(cè)的正電極314U指向在右側(cè)的負(fù)電極314U，從而對正離子產(chǎn)生向右的電場力)。磁場源產(chǎn)生從紙面向外的磁場，其用圓322U表示(對正離子產(chǎn)生向左的磁力)。下部ExB濾質(zhì)器306L包括電極314L、場終止板316L以及磁場源(未示出)。電極314L在附圖的平面上產(chǎn)生由箭頭320L指示的電場，該電場320L與上部ExB濾質(zhì)器306U中的電場320U方向相反但大小相等。下部ExB濾質(zhì)器306L中的磁場源產(chǎn)生由十字叉322L表示的進(jìn)入到紙面里的磁場，該磁場322L與上部ExB濾質(zhì)器306U中的磁場322U方向相反但大小相等。下部ExB濾質(zhì)器306L與上部ExB濾質(zhì)器306U對稱，通常具有相同的結(jié)構(gòu)(旋轉(zhuǎn)180°并且對稱軸線偏移以一定距離326)，并且產(chǎn)生相反方向以及相等大小的電場和磁場。離子312包括所示的四個(gè)不同離子種類:低質(zhì)量離子330 ;中低質(zhì)量離子332 ;中高質(zhì)量離子334 ;以及高質(zhì)量離子336。低質(zhì)量離子330、中高質(zhì)量離子334以及高質(zhì)量離子336都撞擊質(zhì)量分離孔板340，因而不穿過孔342從而向下到達(dá)下部透鏡344。中低質(zhì)量離子332能夠穿過上部ExB濾質(zhì)器306U和下部ExB濾質(zhì)器306L，如所示的那樣。于是，離子332穿過質(zhì)量分離孔342，并且由下部透鏡344聚焦到基質(zhì)表面112上。在現(xiàn)有技術(shù)中，ExB通常被調(diào)節(jié)以使得期望離子(在該示例中，中低質(zhì)量離子)穿過而不偏轉(zhuǎn)。在圖3的實(shí)施方式中，期望的離子偏轉(zhuǎn)以穿過孔342，并且一些不想要的離子(在該示例中，中上質(zhì)量離子334)以及中性粒子不偏轉(zhuǎn)并且撞擊孔板340。其他不想要的離子則偏轉(zhuǎn)太多(低質(zhì)量離子330)或太少(高質(zhì)量離子336)，因而不能穿過孔342。中性粒子346并不由ExB濾質(zhì)器304中的電場和磁場偏轉(zhuǎn)，且因此徑直穿過從而撞擊質(zhì)量分離孔板340，這是因?yàn)榭装?40中的孔洞342(限定ExB濾質(zhì)器304的離開軸線)與ExB濾質(zhì)器304的進(jìn)入軸線380以距離326偏移。雖然圖3的示意圖并沒有特別澄清不存在用于不由透鏡348偏轉(zhuǎn)的中性粒子至基質(zhì)112的路徑，但是實(shí)際系統(tǒng)的幾何尺寸借助本領(lǐng)域熟知的各種手段(例如，在至上部ExB濾質(zhì)器306U的進(jìn)口處的孔、和/或在濾質(zhì)器304下方的柱中的某個(gè)位置處的孔)消除了這種路徑。通常，場終止板316U和316L可以構(gòu)造成具有用于供離子束進(jìn)出的開口，這些開口也足夠小，以便用作孔。由于撞擊孔板340的離子不聚焦到一點(diǎn)上，因此由離子濺射引起的孔板上的損耗散布在寬廣的區(qū)域上。因此，孔板340不太可能具有由被阻擋的離子濺射通過該板的不想要孔，因此孔板340將更長久地使用。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，上部ExB濾質(zhì)器306U和下部ExB濾質(zhì)器306L是在名稱為“Wide Aperture Wien ExB Mass Filter”的美國專利申請13/089，875中描述的類型，該專利申請被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并且以引用的方式結(jié)合到本文。這種ExB濾質(zhì)器包括延伸超過孔以降低邊緣效應(yīng)的磁極，并且提供了具有平行和垂直于磁場的分量的可調(diào)節(jié)電場。該可調(diào)節(jié)電場能夠補(bǔ)償物理電極的非理想構(gòu)造，以提供寬的光學(xué)孔。在一些實(shí)施方式中，該可調(diào)節(jié)電場還能夠提供用于X-Y束偏轉(zhuǎn)的能力，這能夠用于束準(zhǔn)直。在一些實(shí)施方式中，該可調(diào)節(jié)電場還能夠提供束像散(beam stigmation),這能夠用于校正由濾質(zhì)器弓I發(fā)的一些像差。圖4示出了使用兩個(gè)靜電極片430R和430L的濾質(zhì)器400的實(shí)施方式，每個(gè)靜電極片都具有單獨(dú)的電連接。ExB濾質(zhì)器306U和306L中的每個(gè)都能夠包括具有如圖4所示的設(shè)計(jì)的ExB濾質(zhì)器。束的運(yùn)動(dòng)被認(rèn)為大致沿Z軸(垂直于附圖平面)。第一電極430R定位在+X軸上與Y軸(豎直中心線)具有距離LXl處，具有施加的電壓VA。第二電極430L定位在-X軸上與Y軸具有距離-LXl處，具有施加的電壓VC。電極面平行于Y-Z平面取向。VA和VC的值能夠基于標(biāo)準(zhǔn)Wien濾質(zhì)器操作考慮(見下述)被選擇。存在兩個(gè)磁極404U和404L，這兩個(gè)磁極定位成其極表面平行于X-Z平面，并且位于+Y和-Y軸上的位置土LY處。磁極面延伸超過由導(dǎo)電板和磁極片限定的區(qū)域。線圈和/或永磁體能夠給極片404U和404L賦能，從而產(chǎn)生平行于Y軸的磁場。極片404U和404L由鐵素體或某種類似的電阻性磁材料制成，其電阻通常在IO6至IO8歐姆-Cm之間。上部(+Y軸)磁極具有兩個(gè)電連接，一個(gè)在+X端(VBI)并且另一個(gè)在-X端(VB4)。下部(-Y軸)磁極也具有兩個(gè)電連接，一個(gè)在+X端(VDl)并且另一個(gè)在-X端(VD4)。如在美國專利申請13/089，875中描述的那樣，電壓能夠被施加到這些磁極片，以校正由濾質(zhì)器中的交叉電場和磁場引起的像散。還能夠在磁極上施加電壓，以便沿平行于電場的方向或沿平行于磁場的方向提供束的靜電偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)能夠用于使柱中的束準(zhǔn)直。本發(fā)明的一些實(shí)施方式包括如圖5和圖6所示并且在名稱為“Method andStructure for Controlling Magnetic Field Distributions in an ExB Wien Filter，，的美國專利申請N0.13/111, 634中描述的濾質(zhì)器,該專利申請被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并且以引用的方式結(jié)合到本文。圖5和圖6的濾質(zhì)器提供了一種這樣結(jié)構(gòu)和方法，所述結(jié)構(gòu)和方法用于機(jī)械地調(diào)節(jié)磁場分布以及入口孔和出口孔，以在電場和磁場之間實(shí)現(xiàn)更好匹配，由此在ExB濾質(zhì)器的整個(gè)長度上(包括在端蓋附近以及在入口孔和出口孔內(nèi))使相反的電場力和磁力相等。如在美國專利申請N0.13/111,634中描述的那樣，氣隙磁阻與磁軛磁阻的比應(yīng)當(dāng)?shù)扔谛孤┐抛?即，極片的邊緣與端蓋之間的磁阻)與隔塊的磁阻的比。該設(shè)計(jì)借助端蓋中的磁性墊片以及端環(huán)中的磁性插塞墊片來提供這些比的更接近匹配，由此與可能僅借助于隔塊或端蓋所用的材料選擇來實(shí)現(xiàn)的情況相比，在ExB的整個(gè)長度上提供了滿足所需B/E比的靈活性。圖5是能夠用于本發(fā)明的實(shí)施方式中的ExB濾質(zhì)器500的立體四分之一剖視圖。截面C-C在圖6中被示出。磁極片502被附接到陶瓷絕緣體504，該陶瓷絕緣體被附接到磁體506，通常是釹鐵硼合金(NdFeB)或釤鈷(SmCo)合金磁體、或其他類似的高強(qiáng)度永磁體。在落入本發(fā)明范圍內(nèi)的另選實(shí)施方式中，電磁線圈能夠替代此處所示的永磁體506。永磁體506 (通常成對，在剖視圖500中僅一個(gè)可見)被附接到磁軛508，該磁軛通常包括相對高飽和度的磁性材料，例如鐵鎳合金(例如，NiFe43或NiFe48)。在圖5中，待被質(zhì)量分離的離子束會(huì)通過安裝到入口端蓋522上的入口環(huán)530中的孔524進(jìn)入濾質(zhì)器500。各質(zhì)量分離的離子束會(huì)通過安裝到出口端蓋526上的出口環(huán)532中的出口孔528離開濾質(zhì)器500。通常，未被選擇的離子種類(即，離子束中不想被聚焦到樣品上的那些種類)的角度偏轉(zhuǎn)將會(huì)沿E場軸線(從圖5的左下部至右上部)偏轉(zhuǎn)。在大多數(shù)情況下，該偏轉(zhuǎn)將足夠小，以致未被選擇的離子束將穿過出口孔528，以由ExB濾質(zhì)器下方的質(zhì)量分離孔(未示出)阻擋。被選擇的離子束將大致穿過出口孔528的中心，并接著穿過質(zhì)量分離孔以聚焦在樣本上。執(zhí)行離子束的質(zhì)量分離的磁場被產(chǎn)生在兩個(gè)極片502的內(nèi)表面之間。這些“氣隙場”624在圖6中被示出。垂直于B場624(圖6),在一對電極542之間建立電場,在所不的優(yōu)選實(shí)施方式中，該對電極由推靠在絕緣體546上的安裝螺釘544 (螺紋連接到磁軛508)向內(nèi)擠壓。通過徑向向外延伸穿過磁軛508和殼體518中的間隙孔并且在外端具有防電暈球554的桿548,實(shí)現(xiàn)至電極542的電連接。所示的電極和極片構(gòu)造對應(yīng)于在1988年12月6日公告的美國專利N0.4，789，787中所示的構(gòu)造(參見其圖4A和4B)，該專利以引用的方式結(jié)合到本文。入口端蓋522具有加厚的外環(huán)592。外環(huán)592具有徑向槽550，該徑向槽用于增加外環(huán)的軸向磁阻。磁性墊片590能夠被插入到槽550中，以減少外環(huán)592的軸向磁阻。由于墊片590的數(shù)量、位置和導(dǎo)磁率能夠被機(jī)械調(diào)節(jié)，因此可在寬范圍內(nèi)以小的增量來改變外環(huán)592的磁阻，由此與在現(xiàn)有技術(shù)的ExB濾質(zhì)器中的調(diào)節(jié)相比，實(shí)現(xiàn)了對端蓋磁阻的要精細(xì)得多的調(diào)節(jié)。類似的考慮被應(yīng)用于具有加厚外環(huán)594和磁性墊片596的出口端蓋526中的徑向槽 556。借助于將端蓋522和526以及磁軛518擠壓到一起的夾持環(huán)520 (由螺釘557保持向下)，殼體518包圍磁軛508。在ExB濾質(zhì)器下方的是X-Y束偏轉(zhuǎn)器582，其用于校正從ExB濾質(zhì)器500出現(xiàn)的束偏轉(zhuǎn)誤差。與常規(guī)濾質(zhì)器相比，濾質(zhì)器500提供了 B場和E場分布的接近得多的匹配。該更好的匹配由機(jī)械可變的磁阻來實(shí)現(xiàn)。圖6是濾質(zhì)器500的側(cè)視截面C-C，其圖示了顯示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的ExB濾質(zhì)器的磁路。箭頭602-634描述了在間隙、磁性材料和磁體內(nèi)的磁通分布。B場624通過穿過ExB濾質(zhì)器的離子束被“看到”，并且在離子上產(chǎn)生磁力，該磁力與兩個(gè)電極542 (其中一個(gè)在圖5中不出)之間的E場引起的力方向相反并且大小相似或相同。磁通622和626位于極片502和磁軛508之間，并且穿過磁體506和絕緣體504。在入口端蓋522和入口環(huán)530內(nèi)，磁通602和606始終流向左側(cè)，對應(yīng)于圍繞磁路外側(cè)流動(dòng)的返回磁通以及至磁體506的外端的連接泄漏磁通628和630兩者的方向。類似地，在出口端蓋526和出口環(huán)532內(nèi)，磁通608和612也始終流向左側(cè)，對應(yīng)于圍繞磁路外側(cè)流動(dòng)的返回磁通以及至磁體506的外端的連接泄漏磁通632和634兩者的方向。磁通614和618連接在入口端蓋522和磁軛508之間，穿過端蓋522的外環(huán)592以及徑向槽550內(nèi)的任何磁性墊片590。磁通616和620連接在出口端蓋526和磁軛508之間，穿過端蓋526的外環(huán)594并且還穿過徑向槽556內(nèi)的任何磁性墊片596。現(xiàn)考慮入口環(huán)530中的入口孔524內(nèi)的B場。不同于上述現(xiàn)有技術(shù)的濾質(zhì)器，在根據(jù)本發(fā)明的濾質(zhì)器中，在入口孔和出口孔內(nèi)的磁場的取向和大小能夠被調(diào)節(jié)，以匹配電場和磁場，由此在ExB濾質(zhì)器的整個(gè)長度上使相反的電場力和磁力相等。如圖6所示磁性墊片590的數(shù)量、位置和導(dǎo)磁率能夠被調(diào)節(jié)以抵消入口孔524內(nèi)的B場，因此在孔524上示出為無磁通。如上所述，入口端蓋522和入口環(huán)530的功能在于理想地按照沿ExB濾質(zhì)器的軸線的距離的函數(shù)的大致相同的減少速率來終止B場以及E場，由此保持正確的B/E比。由于入口端蓋522和入口環(huán)530具有良好的導(dǎo)電性，所以E場趨于相當(dāng)急劇地終止，并且一般在孔524內(nèi)大致無E場。為了正確的ExB操作，B場強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)與E場成比例(在軸線上的任何部位都具有相同比率)，使得B場應(yīng)當(dāng)在孔524內(nèi)也降低至大約為零的強(qiáng)度。類似的考慮適用于在安裝到端蓋526上的出口環(huán)532中的孔528內(nèi)的B場。不同于上述現(xiàn)有技術(shù)的濾質(zhì)器，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，入口孔和出口孔524、528內(nèi)的B場能夠與E場成比例地降低至大約為零的強(qiáng)度。使用本文所述的本發(fā)明以及用于制造入口端蓋522、出口端蓋526、入口環(huán)530、出口環(huán)532、磁性墊片590和磁性墊片596的合適材料選擇，現(xiàn)在可以將入口孔524和出口孔528內(nèi)的B場抵消至小于極片502之間的間隙中的最大B場的百分之一。用于端蓋、環(huán)和墊片的示例性合適材料包括具有中等導(dǎo)磁率的材料，例如400系列不銹鋼，尤其是合金SS430。濾質(zhì)器500使得能夠獲得一種用于在ExB入口和出口處實(shí)現(xiàn)E場和B場的良好匹配的機(jī)械方法和結(jié)構(gòu)。更好的匹配降低了 ExB濾質(zhì)器的像差，并且還實(shí)現(xiàn)了離開濾質(zhì)器的更好束準(zhǔn)直，如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的那樣。FIB系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方式能夠包括具有如圖3至圖6所示的濾質(zhì)器中的特征的任何組合的濾質(zhì)器。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法。在步驟702，等離子體腔填充以氣體混合物。例如，氣體能夠包括氦氣和氙氣，其中氦氣能夠用于成像和光學(xué)拋光，而氙氣會(huì)提供用于批量加工的相對高的研磨速率。這些氣體能夠在容器中預(yù)混合,這些氣體能夠來自不同的容器，或者這兩者的任何組合。在步驟704，等離子體在等離子體腔中被點(diǎn)燃。在步驟706，第一電壓被施加到濾質(zhì)器的電極，以在濾質(zhì)器中產(chǎn)生電場，并且第一電流被施加到電磁體，以在質(zhì)量場中產(chǎn)生磁場，該磁場垂直于電場。磁場和電場被調(diào)整，以使得第一離子種類穿過并且使得其他離子種類偏轉(zhuǎn)到阻擋結(jié)構(gòu)中。在步驟708，電壓被施加到提取器電極，以從等離子體腔提取離子。在步驟710，通過使得被提取的第一離子種類聚焦來加工工件。當(dāng)多個(gè)種類的離子從等離子體源被提取時(shí)，濾質(zhì)器將僅使得第一離子種類穿過以加工該工件。被選擇用于加工工件的離子能夠是非反應(yīng)性離子，該非反應(yīng)性離子通過濺射(將動(dòng)量傳遞到基質(zhì))來移除材料，或者該離子能夠激活前體氣體以蝕刻或沉積材料。另選地，束中的離子自身能夠是反應(yīng)性的并且能夠進(jìn)行蝕刻而不濺射。例如，束中的離子能夠具有不足以用于濺射材料的能量，但是能夠具有足以與基質(zhì)材料啟動(dòng)化學(xué)反應(yīng)以形成不穩(wěn)定復(fù)合物(或化合物)的能量。這種低能量反應(yīng)性離子降低了對工件的損壞，并且能夠從工件選擇性地移除特定材料。在其他實(shí)施方式中，反應(yīng)性離子能夠具有足以濺射以及引發(fā)化學(xué)反應(yīng)的能量。離子種類能夠執(zhí)行的操作包括成像、精細(xì)研磨、粗糙研磨或沉積。當(dāng)樣品加工的一個(gè)步驟被完成時(shí)，在步驟712中，提取電壓從提取電極被移除。在判定塊714中，確定加工是否完成。如果需要附加加工，那么該過程返回至塊706。如果需要不同的離子種類用于下一操作，那么第二電壓被施加到濾質(zhì)器的電極，以在濾質(zhì)器中產(chǎn)生第二電場，并且第二電流被施加到電磁體，以在質(zhì)量場(mass field)中產(chǎn)生第二磁場，以選擇第二離子種類。在步驟710中，使用第二離子種類來加工工件。在每個(gè)加工步驟期間多個(gè)離子種類從ICP離子源被提取，但是僅選定種類穿過濾質(zhì)器并且撞擊在工件上。在判定塊714中，如果確定需要附加加工步驟，那么該過程在步驟706中重復(fù)。如果需要不同的離子種類用于下一操作，那么第三電壓被施加到濾質(zhì)器的電極，以在濾質(zhì)器中產(chǎn)生第三電場，并且第三電流被施加到電磁體，以在質(zhì)量場中產(chǎn)生第三磁場，以選擇第三離子種類。在步驟710中，使用第三離子種類來加工工件。雖然在每個(gè)加工步驟中，在每個(gè)加工步驟期間多個(gè)離子種類從ICP離子源被提取，但是僅選定種類穿過濾質(zhì)器并且撞擊在工件上。如果有必要，附加氣體種類能夠從單種氣體或混合氣體的氣源被添加到等離子體腔。如上所述，在一些實(shí)施方式中，通過調(diào)節(jié)功率和等離子體腔中的氣體壓力使得氣體混合物中的一個(gè)或多個(gè)種類形成等離子體并且該氣體混合物中的一個(gè)或多個(gè)種類不形成等離子體，從而能夠在不使用濾質(zhì)器的情況下選擇離子種類。在這種實(shí)施方式中，濾質(zhì)器仍能夠用于防止離開等離子體腔的不想要成分到達(dá)樣本。腔中氣體的壓力和/或功率能夠被改變，以改變用于等離子體的氣體，由此改變能夠被提取的離子類型。在一些實(shí)施方式中，通過等離子體腔中的氣體壓力以及感應(yīng)地應(yīng)用到等離子體腔中的射頻功率來控制哪些氣體形成等離子體，從而控制所產(chǎn)生的離子。例如，借助具有感應(yīng)耦合的等離子體離子源的聚焦離子束系統(tǒng)來加工工件的方法能夠包括:提供包括多種氣體的等離子體腔；將來自天線的射頻功率感應(yīng)耦合到等離子體腔中，所述射頻功率足以保持所述多種氣體中的至少一種的第一組的等離子體，并且不足以保持所述多種氣體中的至少一種的第二組的等離子體；提取來自等離子體腔的第一組的離子；以及將所提取的離子聚焦在工件上。一些實(shí)施方式還包括構(gòu)造濾質(zhì)器，以使得來自第一組的一種或多種氣體穿過，并且使得除了來自第一組的所述一種或多種氣體之外的離子停止。一些實(shí)施方式還包括改變感應(yīng)耦合到等離子體腔中的射頻功率，或改變等離子體腔中的一種或多種氣體的壓力，使得第一組中的至少一種氣體不會(huì)形成等離子體，或使得第二組中的一種或多種氣體形成等離子體。一些實(shí)施方式還包括從等離子體腔中提取與第一組的離子不同的一組離子。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，帶電粒子束系統(tǒng)包括:感應(yīng)耦合的等離子體離子源；一種或多種氣源，其用于將多種氣體提供到等離子體離子源，以從等離子體離子源同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)離子種類；濾質(zhì)器，所述濾質(zhì)器用于從由等離子體離子源產(chǎn)生的多個(gè)離子種類選擇離子種類；以及聚焦光學(xué)器件，以在目標(biāo)物處產(chǎn)生選定離子種類的聚焦束，所述束在所述目標(biāo)物處具有亞微米直徑。在帶電粒子束系統(tǒng)的一些實(shí)施方式中，濾質(zhì)器包括ExB濾質(zhì)器。并且在一些實(shí)施方式中，濾質(zhì)器包括像差校正ExB濾質(zhì)器。在一些實(shí)施方式中，像差校正ExB濾質(zhì)器具有多級，包括第一 ExB濾質(zhì)器級和至少第二 ExB濾質(zhì)器級。在帶電粒子束系統(tǒng)的一些實(shí)施方式中，感應(yīng)耦合的等離子體離子源包括分離的法拉第屏蔽。在一些實(shí)施方式中，感應(yīng)耦合的等離子體離子源包括平衡天線。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)氣體種類包括兩個(gè)氣體種類。在帶電粒子束系統(tǒng)的一些實(shí)施方式中，濾質(zhì)器包括至少兩個(gè)靜電極片，每個(gè)靜電極片具有單獨(dú)的電連接。在一些實(shí)施方式中，濾質(zhì)器還包括能夠機(jī)械調(diào)節(jié)的磁場分布以及A 口孔和出口孔。在一些實(shí)施方式中，濾質(zhì)器還包括至少兩個(gè)磁極，每個(gè)磁極具有兩個(gè)電連接，在每個(gè)磁極的每端處具有一個(gè)電連接。在帶電粒子束系統(tǒng)的一些實(shí)施方式中，聚焦光學(xué)器件在10 MA的束電流下將經(jīng)濾質(zhì)的離子束聚焦到小于100 nm的斑點(diǎn)尺寸。在一些實(shí)施方式中，聚焦光學(xué)器件在I MA的束電流下將經(jīng)濾質(zhì)的離子束聚焦到小于50 nm的斑點(diǎn)尺寸。在一些實(shí)施方式中，聚焦光學(xué)器件在10 nA的束電流下將經(jīng)濾質(zhì)的離子束聚焦到小于25 nm的斑點(diǎn)尺寸。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，借助具有感應(yīng)耦合的等離子體離子源的聚焦離子束系統(tǒng)來加工工件的方法包括:從感應(yīng)耦合的等離子體離子源的等離子體腔同時(shí)提取多個(gè)離子種類；配置濾質(zhì)器，以從等離子體腔提取的多個(gè)離子種類中選擇一個(gè)離子種類；將所選擇的一個(gè)離子種類聚焦到工件上，以在工件上執(zhí)行第一加工；配置濾質(zhì)器，以從等離子體腔提取的多個(gè)離子種類中選擇另一離子種類；以及將所述另一離子種類聚焦到工件上，以在工件上執(zhí)行第二加工。在借助具有感應(yīng)耦合的等離子體離子源的聚焦離子束系統(tǒng)來加工工件的方法的一些實(shí)施方式中，濾質(zhì)器包括ExB濾質(zhì)器，并且配置所述濾質(zhì)器包括:施加特定電壓到所述濾質(zhì)器的電極，以及施加特定電流到所述濾質(zhì)器的電磁體。在一些實(shí)施方式中，從感應(yīng)耦合的等離子體離子源的等離子體腔同時(shí)提取多個(gè)離子種類包括:從具有分離的法拉第屏蔽的感應(yīng)耦合的等離子體離子源的等離子體腔同時(shí)提取多個(gè)離子種類。在一些實(shí)施方式中，從感應(yīng)耦合的等離子體離子源的等離子體腔同時(shí)提取多個(gè)離子種類包括:從具有平衡天線的感應(yīng)耦合的等離子體離子源的等離子體腔同時(shí)提取多個(gè)離子種類。在一些實(shí)施方式中，同時(shí)提取多個(gè)離子種類包括提取氦和氬；配置濾質(zhì)器以從等離子體腔提取的多個(gè)離子種類中選擇一個(gè)離子種類包括配置所述濾質(zhì)器以選擇氬離子；并且將所選擇的一個(gè)離子種類聚焦到工件上以在工件上執(zhí)行第一加工包括將具有大于I U A的電流的氬離子束聚焦到具有小于50 nm的直徑的斑點(diǎn)上。在一些實(shí)施方式中，配置濾質(zhì)器以從等離子體腔提取的多個(gè)離子種類中選擇一個(gè)離子種類、或者配置濾質(zhì)器以從等離子體腔提取的多個(gè)離子種類中選擇另一離子種類、或者配置濾質(zhì)器以從等離子體腔提取的多個(gè)離子種類中選擇又一離子種類包括:配置所述濾質(zhì)器以選擇不止一個(gè)離子種類。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，借助具有感應(yīng)耦合的等離子體離子源的聚焦離子束系統(tǒng)來加工工件的方法包括:提供包括多種氣體的等離子體腔；將來自天線的射頻功率感應(yīng)耦合到等離子體腔中，所述射頻功率足以保持所述多種氣體中的至少一種的第一組的等離子體，并且不足以保持所述多種氣體中的至少一種的第二組的等離子體；提取來自所述等離子體腔的所述第一組的離子；以及，將所提取的離子聚焦在工件上。在一些實(shí)施方式中，借助具有感應(yīng)耦合的等離子體離子源的聚焦離子束系統(tǒng)來加工工件的方法還包括:配置濾質(zhì)器，以使得來自所述第一組的一種或多種氣體穿過，并且使除了來自所述第一組的所述一種或多種氣體之外的離子停止。并且在一些實(shí)施方式中，借助具有感應(yīng)耦合的等離子體離子源的聚焦離子束系統(tǒng)來加工工件的方法還包括:改變感應(yīng)耦合到所述等離子體腔中的射頻功率，或者改變所述等離子體腔中的一種或多種氣體的壓力，使得第一組中的至少一種氣體不會(huì)形成等離子體，或使得第二組中的一種或多種氣體形成等離子體。在一些實(shí)施方式中，所述方法還包括:從所述等離子體腔中提取與所述第一組的離子不同的一組離子。 雖然已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明及其優(yōu)勢，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，在不偏離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在此能夠作出各種變化、替換和修改。此夕卜，本申請的范圍不旨在局限于說明書中描述的過程、機(jī)械、制造、物質(zhì)成分、裝置、方法和步驟的具體實(shí)施方式
。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從本發(fā)明的公開內(nèi)容將能夠容易理解的那樣，根據(jù)本發(fā)明能夠使用與本文所述的相應(yīng)實(shí)施方式執(zhí)行大致相同功能或?qū)崿F(xiàn)大致相同結(jié)果的過程、機(jī)械、制造、物質(zhì)成分、裝置、方法和步驟，不管它們是目前存在的還是將來研究出的。因此，所附權(quán)利要求書在其范圍內(nèi)旨在包括這種過程、機(jī)械、制造、物質(zhì)成分、裝置、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種帶電粒子束系統(tǒng)，所述帶電粒子束系統(tǒng)包括: 感應(yīng)耦合的等離子體離子源； 一種或多種氣體源，其用于將多種氣體提供到所述等離子體離子源，以從所述等離子體離子源同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)離子種類； 濾質(zhì)器，所述濾質(zhì)器用于從由所述等離子體離子源產(chǎn)生的多個(gè)離子種類選擇離子種類；以及 聚焦光學(xué)器件，所述聚焦光學(xué)器件在目標(biāo)物處產(chǎn)生選定離子種類的聚焦束，所述束在所述目標(biāo)物處具有亞微米的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，所述濾質(zhì)器包括ExB濾質(zhì)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，所述感應(yīng)耦合的等離子體離子源包括分離的法拉第屏蔽。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，所述感應(yīng)耦合的等離子體離子源包括平衡天線。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)氣體種類包括兩個(gè)氣體種類。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，所述濾質(zhì)器包括像差校正ExB濾質(zhì)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，所述像差校正ExB濾質(zhì)器具有多級，包括第一 ExB濾質(zhì)器級和至少第二 ExB濾質(zhì)器級。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，所述濾質(zhì)器包括至少兩個(gè)靜電極片，每個(gè)靜電極片具有單獨(dú)的電連接。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，所述濾質(zhì)器還包括能夠機(jī)械調(diào)節(jié)的磁場分布以及入口孔和出口孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，所述濾質(zhì)器還包括至少兩個(gè)磁極，每個(gè)磁極具有兩個(gè)電連接，在每個(gè)磁極的每端處具有一個(gè)電連接。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電離子束系統(tǒng)，其中，所述聚焦光學(xué)器件在10μΑ的束電流下將經(jīng)濾質(zhì)的離子束聚焦到小于100 nm的斑點(diǎn)尺寸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，所述聚焦光學(xué)器件在I μΑ的束電流下將經(jīng)濾質(zhì)的離子束聚焦到小于50 nm的斑點(diǎn)尺寸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的帶電粒子束系統(tǒng)，其中，所述聚焦光學(xué)器件在10nA的束電流下將經(jīng)濾質(zhì)的離子束聚焦到小于25 nm的斑點(diǎn)尺寸。
14.一種借助具有感應(yīng)耦合的等離子體離子源的聚焦離子束系統(tǒng)來加工工件的方法，所述方法包括: 從感應(yīng)耦合的等離子體離子源的等離子體腔同時(shí)提取多個(gè)離子種類； 配置濾質(zhì)器，以從所述等離子體腔提取的多個(gè)離子種類中選擇一個(gè)離子種類； 將所選擇的一個(gè)離子種類聚焦到工件上，以在該工件上執(zhí)行第一加工； 配置濾質(zhì)器，以從所述等離子體腔提取的多個(gè)離子種類中選擇另一離子種類；以及 將所述另一離子種類聚焦到工件上，以在所述工件上執(zhí)行第二加工。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述濾質(zhì)器包括ExB濾質(zhì)器，并且其中配置所述濾質(zhì)器包括:施加特定電壓到所述濾質(zhì)器的電極，以及施加特定電流到所述濾質(zhì)器的電磁體。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中，從所述感應(yīng)耦合的等離子體離子源的等離子體腔同時(shí)提取多個(gè)離子種類包括:從具有分離的法拉第屏蔽的感應(yīng)耦合的等離子體離子源的等離子體腔同時(shí)提取多個(gè)離子種類。
17.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中，從所述感應(yīng)耦合的等離子體離子源的等離子體腔同時(shí)提取多個(gè)離子種類包括:從具有平衡天線的感應(yīng)耦合的等離子體離子源的等離子體腔同時(shí)提取多個(gè)離子種類。
18.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中: 同時(shí)提取多個(gè)離子種類包括提取氦和氬； 配置濾質(zhì)器以從所述等離子體腔提取的多個(gè)離子種類中選擇一個(gè)離子種類包括:配置所述濾質(zhì)器以選擇氬離子；并且 將所選擇的一個(gè)離子種類聚焦到工件上以在所述工件上執(zhí)行第一加工包括:將具有大于I U A的電流的氬離子束聚焦到具有小于50 nm的直徑的斑點(diǎn)上。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)所述的方法，其中，配置濾質(zhì)器以從所述等離子體腔提取的多個(gè)離子種類中選擇一個(gè)離子種類、或者配置濾質(zhì)器以從所述等離子體腔提取的多個(gè)離子種類中選擇另一離子種類包括:配置所述濾質(zhì)器以選擇不止一個(gè)離子種類。
20.一種借助具有感應(yīng)耦合的等離子體離子源的聚焦離子束系統(tǒng)來加工工件的方法，所述方法包括: 提供包括多種氣體的等離子體腔； 將來自天線的射頻功率感應(yīng)耦合到所述等離子體腔中，所述射頻功率足以保持所述多種氣體中的至少一種的第一組的等離子體，并且不足以保持來自所述多種氣體中的至少一種的第二組的等離子體； 提取來自所述等離子體腔的所述第一組的離子；以及 將所提取的離子聚焦在工件上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括:配置濾質(zhì)器，以使得來自所述第一組的一種或多種氣體穿過，并且使得除了來自所述第一組的所述一種或多種氣體之外的離子停止。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的方法，還包括:改變感應(yīng)耦合到所述等離子體腔中的射頻功率，或改變所述等離子體腔中的一種或多種氣體的壓力，使得所述第一組中的至少一種氣體不會(huì)形成等離子體，或使得所述第二組中的一種或多種氣體形成等離子體。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括:從所述等離子體腔中提取與所述第一組的離子不同的一組離子。
全文摘要
本發(fā)明涉及結(jié)合具有可選擇離子的聚焦離子束柱使用的感應(yīng)耦合等離子體離子源。在等離子體腔中具有多種氣體的感應(yīng)耦合等離子體源向聚焦的柱提供多個(gè)離子種類。濾質(zhì)器允許選擇特定離子種類以及在各個(gè)種類之間快速地改變。
文檔編號(hào)H01J27/16GK103151233SQ20121051492
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者A.格勞佩拉, C.奧迪斯 申請人:Fei 公司