用于帶電粒子束系統(tǒng)的彎道切斷器組件及使用其的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于切斷(blank)諸如等離子聚焦離子束之類的帶電粒子束的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]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)用中以創(chuàng)建并改變微觀和納米觀結(jié)構(gòu)。FIB系統(tǒng)可以使用各種源以產(chǎn)生離子，諸如等離子源或液體金屬離子源(LMIS)，其隨后聚焦至樣品上以用于成像和銑削(milling)。在近年，已經(jīng)開發(fā)了利用等離子源以生成等離子聚焦離子束(P-FIBs)的各種FIB系統(tǒng)。P-FIB系統(tǒng)能夠產(chǎn)生比由利用諸如液體金屬離子源之類的其他離子源的FIB系統(tǒng)通常實(shí)現(xiàn)的更高的電流聚焦離子束。PFIB系統(tǒng)的更高電流聚焦離子束允許在樣品處理應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更快的銑削速率，這可以例如在高產(chǎn)量樣品處理應(yīng)用中是特別合期望的。
[0003]當(dāng)使用FIB系統(tǒng)特別是P-FIB系統(tǒng)時(shí)遇到的一個(gè)問題是利用等離子聚焦離子束照射的樣品區(qū)域周圍的污染。例如，大的圓形污點(diǎn)或“光暈”可以形成在等離子聚焦離子束在樣品表面上的碰撞點(diǎn)周圍。相信來自等離子聚焦離子束的污染起源于撞擊樣品并且注入樣品材料中的中性的粒子(中性粒子)，或者通過次級電子(SE)的生成而直接或間接引起污染物的沉積。中性粒子可以是從FIB柱(column)的離子源泄漏的中性的粒子和/或在從離子源至樣品的輸運(yùn)中被中性化的聚焦離子束的離子。與利用LMIS源的FIB裝置相比，污染在P-FIB系統(tǒng)中明顯更顯著，因?yàn)榈入x子源操作在比典型的LMIS更高量值的氣壓級處，并且因?yàn)镻-FIB通常用于生成更大的束電流，更大的束限定孔(BDA)的真空電導(dǎo)率允許更多的氣體從柱體向下泄漏，最終到達(dá)樣品。
[0004]因此，需要防止中性粒子到達(dá)由單束FIB柱處理的樣品的新方式。特別地，期望找到用于阻擋由P-FIB系統(tǒng)生成的中性粒子到達(dá)由其所生成的等離子聚焦離子束所處理的樣品以減少或消除樣品污染的新設(shè)備和方法。
[0005]圖像飽和是當(dāng)P-FIB裝置用于雙束系統(tǒng)中時(shí)遇到的另一問題。在雙束系統(tǒng)中，包括具有在共同靶材處相交的光軸的P-FIB柱和SEM柱兩者，典型的工作流程可以由交替P-FIB銑削步驟與SEM成像步驟構(gòu)成。在銑削期間，SEM束通常切斷，而P-FIB通過照射樣品移除材料。隨后通常切斷P-FIB束，并且SEM束用于對樣品成像以用于端點(diǎn)和其他工藝控制功能。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，等離子源以及還有P-FIB柱產(chǎn)生了朝向樣品的明顯的中性粒子流，其無法由P-FIB柱切斷、偏轉(zhuǎn)或聚焦。當(dāng)該中性電流在SEM成像期間撞擊樣品時(shí)，其可以引起次級電子發(fā)射，所述次級電子可以離開樣品并且由成像檢測器檢測到，從而造成成像飽和。在一些情形中，特別是當(dāng)PFIB柱已經(jīng)配置成產(chǎn)生大離子電流時(shí)，中性電流可以生成這樣的大的背景信號使得創(chuàng)建“霧狀(white-out) ”條件，從而使得SEM成像不可能。
[0006]因此，需要防止來自雙束FIB/SEM系統(tǒng)的FIB柱的中性粒子在P-FIB銑削期間并且也在SEM成像期間到達(dá)樣品同時(shí)切斷等離子聚焦離子束的新方式。特別地，期望找到新設(shè)備和方法以用于阻擋由雙束P-FIB/SEM系統(tǒng)的P-FIB柱生成的中性粒子，以當(dāng)利用等離子聚焦離子束處理樣品時(shí)減少或消除污染，并且當(dāng)利用SEM對樣品成像同時(shí)切斷P-FIB柱時(shí)減少或消除成像飽和。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本文公開的是，提供了一種用于帶電粒子束系統(tǒng)的彎道(chicane)切斷器組件，其包括入口和出口、至少一個(gè)中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)、多個(gè)彎道偏轉(zhuǎn)器、束切斷偏轉(zhuǎn)器、以及束阻擋結(jié)構(gòu)。入口被配置成接受沿著軸線傳播的帶電粒子束。至少一個(gè)中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)與軸線相交。多個(gè)彎道偏轉(zhuǎn)器包括順序串聯(lián)設(shè)置在入口和出口之間并且被配置成沿著繞過中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)并通過出口離開彎道切斷器組件的路徑而偏轉(zhuǎn)束的第一彎道偏轉(zhuǎn)器、第二彎道偏轉(zhuǎn)器、第三彎道偏轉(zhuǎn)器、以及第四彎道偏轉(zhuǎn)器。在實(shí)施例中，彎道切斷器組件包括兩個(gè)中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)。在實(shí)施例中，束阻擋結(jié)構(gòu)設(shè)置在第三彎道偏轉(zhuǎn)器和第四彎道偏轉(zhuǎn)器之間。在實(shí)施例中，束阻擋結(jié)構(gòu)包括法拉第杯。
[0008]本文公開的還有，提供一種用于當(dāng)利用包括帶電粒子源和彎道切斷器組件的帶電粒子系統(tǒng)處理樣品時(shí)防止中性粒子碰撞樣品的方法。彎道切斷器組件包括串聯(lián)設(shè)置的第一、第二、第三和第四彎道偏轉(zhuǎn)器、第一中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)、第二中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)、以及布置在第三和第四彎道偏轉(zhuǎn)器之間的束阻擋結(jié)構(gòu)。該方法包括:通過如下操作利用帶電粒子設(shè)備照射樣品:從帶電粒子源發(fā)射帶電粒子；將帶電粒子聚焦為沿著第一軸線朝向樣品傳播的帶電粒子束；使用彎道偏轉(zhuǎn)器以將帶電粒子束偏轉(zhuǎn)繞過第一中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)和第二中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)并且隨后至第二軸線上，該第二軸線平行于第一軸線或者與第一軸線相同；以及沿著第二軸線傳播帶電粒子束以使得帶電粒子束照射樣品的表面；以及使用彎道切斷器組件防止中性粒子碰撞樣品。
[0009]本文公開的還有，提供了一種用于處理工件的帶電粒子束系統(tǒng)，包括被配置成生成、聚焦并引導(dǎo)離子束的聚焦離子束柱。聚焦離子束包括離子源、用于將離子束從離子源朝向工件傳播的光軸、以及彎道切斷器組件。彎道切斷器組件包括串聯(lián)設(shè)置的四個(gè)彎道偏轉(zhuǎn)器、切斷偏轉(zhuǎn)器、第一中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)、第二中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)、以及束阻擋結(jié)構(gòu)。第一中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)被配置成阻擋中性粒子沿著光軸朝向工件傳播。四個(gè)彎道偏轉(zhuǎn)器被配置成通過將離子束從光軸偏轉(zhuǎn)至繞過第一中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)和第二中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)的路徑上、并且回到光軸或者平行于光軸的軸線上來將束引導(dǎo)至工件上。四個(gè)彎道偏轉(zhuǎn)器和切斷偏轉(zhuǎn)器被配置成通過將離子束偏轉(zhuǎn)至束阻擋結(jié)構(gòu)中而切斷離子束。第二中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)被配置成阻擋在從光軸偏轉(zhuǎn)之后中性化的離子。在實(shí)施例中，離子源是等離子離子源。
[0010]前述已經(jīng)廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)以便于更好地理解隨后跟著的本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。下文中將描述本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉的是，所公開的概念和具體實(shí)施例可以容易地用作針對修改或設(shè)計(jì)用于執(zhí)行本發(fā)明相同目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該認(rèn)識到這些等價(jià)構(gòu)造并未脫離如所附權(quán)利要求闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0011]為了更徹底理解本公開及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在結(jié)合附圖參照以下說明書，在所述附圖中:
[0012]圖1A是根據(jù)本公開實(shí)施例的操作在未切斷模式下的彎道切斷器組件的等距視圖(isometric view)。
[0013]圖1B是X-Z平面之后的圖1A的彎道切斷器組件的半剖面的等距視圖。
[0014]圖1C是Y-Z平面之后的圖1A的彎道切斷器組件的半剖面的等距視圖。
[0015]圖2A是根據(jù)本公開實(shí)施例的操作在切斷模式下的圖1A的彎道切斷器組件的等距視圖。
[0016]圖2B是X-Z平面之后的圖2A的彎道切斷器組件的半剖面的等距視圖。
[0017]圖2C是Y-Z平面之后的圖2A的彎道切斷器組件的半剖面的等距視圖。
[0018]圖3A是根據(jù)本公開實(shí)施例的示出切斷了中性粒子的圖1A的彎道切斷器組件的等距視圖。
[0019]圖3B是X-Z平面之后的圖3A的彎道切斷器組件的半剖面的等距視圖。
[0020]圖3C是Y-Z平面之后的圖3A的彎道切斷器組件的半剖面的等距視圖。
[0021]圖4是根據(jù)本公開實(shí)施例的彎道切斷器組件的法拉第杯的徑向剖視圖。
[0022]圖5A是根據(jù)本公開實(shí)施例的彎道切斷器組件的四極的徑向剖視圖。
[0023]圖5B是根據(jù)本公開實(shí)施例的彎道切斷器組件的四極的徑向剖視圖。
[0024]圖6是根據(jù)本公開實(shí)施例的彎道切斷器組件的偏轉(zhuǎn)器組件的徑向剖視圖。
[0025]圖7是根據(jù)本公開實(shí)施例的彎道切斷器組件的偏轉(zhuǎn)器組件的徑向剖視圖。
[0026]圖8是根據(jù)本公開實(shí)施例的粒子光學(xué)設(shè)備的示意圖。
[0027]圖9是根據(jù)本公開實(shí)施例的雙帶電粒子束系統(tǒng)的示意圖。
[0028]圖10是根據(jù)本公開實(shí)施例的對工件進(jìn)行處理和成像的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]在隨后跟著的附圖和說明書中，相同部件通常貫穿說明書和附圖分別利用相同附圖標(biāo)記標(biāo)注。此外，類似的附圖標(biāo)記可以指代本文公開的不同實(shí)施例中的類似部件。附圖無需按照比例繪制。本發(fā)明的某些特征可以以縮放比例或者以稍微示意性形式夸張，并且常規(guī)元件的一些細(xì)節(jié)可以為了明晰和簡明而不示出。本發(fā)明受不同形式實(shí)施例的影響。具體實(shí)施例詳細(xì)描述并且示出在附圖中，其中要理解的是本公開不意圖將本發(fā)明限于本文所說明和所描述的實(shí)施例。將要全面認(rèn)識的是，本文所討論的實(shí)施例的不同教導(dǎo)可以單獨(dú)地或者以任何合適的組合來采用，以產(chǎn)生所期望的結(jié)果。
[0030]在以下討論和在權(quán)利要求中，術(shù)語“包含”和“包括”以開放式方式使用，并且因此應(yīng)該解釋為意味著“包括但不限于......”。就在該說明書中并未具體限定任何術(shù)語的方面來說，意圖是該術(shù)語將給定其簡明和普通的含義。此外，本文中術(shù)語“和/或”的使用應(yīng)當(dāng)解釋為“包括性的”或并且非“排他性的”或。例如，本文使用的短語“A和/或B”將意味著“A、B、或者A和B”。作為另一示例，本文使用的短語“A、B、和/或C”將意味著“A、B、C或其任意組合”。此外，當(dāng)本文使用術(shù)語“自動(dòng)的”、“自動(dòng)化的”或類似術(shù)語時(shí)，那些術(shù)語將理解為包括自動(dòng)或自動(dòng)化的工藝或步驟的手工啟動(dòng)。
[0031]除非另外規(guī)定，描述元件之間交互的術(shù)語“連接”、“接合”、“耦合”、“附接”或任何其他類似術(shù)語的使用并非意味著將交互限于元件之間的直接交互，并且也可以包括所描述的元件之間的間接交互。術(shù)語“帶電粒子束”和“帶電粒子的束”是同義的。
[0032]術(shù)語“源”本文用于指代帶電粒子的源。術(shù)語“靶材”涉及將要由源的帶電粒子所形成的帶電粒子束照射的物體。此外，除非另外指示，本文對“樣品”、“樣本”、“襯底”或“工件”的引用也涉及靶材。即，樣品、樣本、襯底和工件在本文作為不同靶材的實(shí)施例而提及。
[0033]除非另外指示，術(shù)語“上游”在本文用于指代源點(diǎn)和目的地之間的空間中比第二位置更靠近源點(diǎn)的第一位置。除非另外指出，術(shù)語“下游”在本文用于指代源點(diǎn)和目的地之間的空間中比第二位置更靠近目的地的第一位置。源點(diǎn)的身份將從上下文而顯而易見。在一些實(shí)例中，源點(diǎn)和目的地分別是帶電粒子束所穿過的結(jié)構(gòu)的入口和出口。在其他實(shí)例中，源點(diǎn)和目的地分別是源和靶材。為了說明上游和下游的使用，考慮帶電粒子系統(tǒng)包括帶電粒子源S以及將要由從源S發(fā)射的帶電粒子束所照射的靶材T。如果結(jié)構(gòu)U在源S和靶材T之間的空間中比結(jié)構(gòu)D更靠近源S，則結(jié)構(gòu)U是結(jié)構(gòu)D的上游。如果結(jié)構(gòu)D在源S和靶材T之間的空間中比結(jié)構(gòu)U更靠近靶材T，則結(jié)構(gòu)D是結(jié)構(gòu)U的下游。
[0034]在一些情形中，可以合期望的是，阻擋在諸如P-FIB柱的FIB柱下方朝向樣品發(fā)送中性粒子。如本文公開的是一種彎道切斷器組件(CBA)，其可以結(jié)合帶電粒子系統(tǒng)或者作為其一部分而使用。
[0035]在各個(gè)實(shí)施例中，CBA可以包括入口、出口、設(shè)置成阻礙中性粒子在CBA中朝向出口傳播的一個(gè)或多個(gè)中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)、束切斷偏轉(zhuǎn)器、束阻擋結(jié)構(gòu)、以及多個(gè)彎道偏轉(zhuǎn)器。入口被配置成接受沿著軸線向朝向CBA傳播的帶電粒子束。束切斷偏轉(zhuǎn)器布置在入口的下游以及束阻擋結(jié)構(gòu)的上游，并且束阻擋結(jié)構(gòu)布置在出口的上游。束切斷偏轉(zhuǎn)器被配置成當(dāng)CBA操作在切斷模式下時(shí)將帶電粒子束偏轉(zhuǎn)至束阻擋結(jié)構(gòu)中。多個(gè)偏轉(zhuǎn)器串聯(lián)布置在入口和出口之間，并且被配置成當(dāng)CBA操作在非切斷模式下時(shí)沿著繞過一個(gè)或多個(gè)中性粒子阻擋結(jié)構(gòu)的路徑偏轉(zhuǎn)帶電粒子束并且通過出口離開彎道切斷器組件。為了簡明，本文所描述的CBA的實(shí)施例包括四個(gè)彎道偏轉(zhuǎn)器。然而，CBA的實(shí)施例可以利用更多或更少數(shù)目彎道偏轉(zhuǎn)器以實(shí)現(xiàn)本文所描述的CBA的功能。
[0036]CBA可以被配置成操作在切斷模式、非切斷模式、或者其組合下。在各個(gè)實(shí)施例中，CBA被配置成在切斷模式和非切斷模式之間切換。
[0037]在切斷模式下，束切斷偏轉(zhuǎn)器利用束切斷偏轉(zhuǎn)器以及可選地一個(gè)或多個(gè)彎道偏轉(zhuǎn)器以通過將束偏轉(zhuǎn)至束阻擋結(jié)構(gòu)中來防止帶電粒子束穿過出口。在一些實(shí)施例中，束阻擋結(jié)構(gòu)和多個(gè)偏轉(zhuǎn)器的一個(gè)或多個(gè)被配置成協(xié)作地將帶電粒子束偏轉(zhuǎn)至束阻擋結(jié)構(gòu)中。在實(shí)施例