用于带电粒子束系统的弯道切断器组件及使用其的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于切断(blank)诸如等离子聚焦离子束之类的带电粒子束的方法、设备和系统。
【背景技术】
[0002]聚焦离子束(FIB)系统用于集成电路制造和纳米技术中的各种应用中以创建并改变微观和纳米观结构。FIB系统可以使用各种源以产生离子，诸如等离子源或液体金属离子源(LMIS)，其随后聚焦至样品上以用于成像和铣削(milling)。在近年，已经开发了利用等离子源以生成等离子聚焦离子束(P-FIBs)的各种FIB系统。P-FIB系统能够产生比由利用诸如液体金属离子源之类的其他离子源的FIB系统通常实现的更高的电流聚焦离子束。PFIB系统的更高电流聚焦离子束允许在样品处理应用中实现更快的铣削速率，这可以例如在高产量样品处理应用中是特别合期望的。
[0003]当使用FIB系统特别是P-FIB系统时遇到的一个问题是利用等离子聚焦离子束照射的样品区域周围的污染。例如，大的圆形污点或“光晕”可以形成在等离子聚焦离子束在样品表面上的碰撞点周围。相信来自等离子聚焦离子束的污染起源于撞击样品并且注入样品材料中的中性的粒子(中性粒子)，或者通过次级电子(SE)的生成而直接或间接引起污染物的沉积。中性粒子可以是从FIB柱(column)的离子源泄漏的中性的粒子和/或在从离子源至样品的输运中被中性化的聚焦离子束的离子。与利用LMIS源的FIB装置相比，污染在P-FIB系统中明显更显著，因为等离子源操作在比典型的LMIS更高量值的气压级处，并且因为P-FIB通常用于生成更大的束电流，更大的束限定孔(BDA)的真空电导率允许更多的气体从柱体向下泄漏，最终到达样品。
[0004]因此，需要防止中性粒子到达由单束FIB柱处理的样品的新方式。特别地，期望找到用于阻挡由P-FIB系统生成的中性粒子到达由其所生成的等离子聚焦离子束所处理的样品以减少或消除样品污染的新设备和方法。
[0005]图像饱和是当P-FIB装置用于双束系统中时遇到的另一问题。在双束系统中，包括具有在共同靶材处相交的光轴的P-FIB柱和SEM柱两者，典型的工作流程可以由交替P-FIB铣削步骤与SEM成像步骤构成。在铣削期间，SEM束通常切断，而P-FIB通过照射样品移除材料。随后通常切断P-FIB束，并且SEM束用于对样品成像以用于端点和其他工艺控制功能。已经发现，等离子源以及还有P-FIB柱产生了朝向样品的明显的中性粒子流，其无法由P-FIB柱切断、偏转或聚焦。当该中性电流在SEM成像期间撞击样品时，其可以引起次级电子发射，所述次级电子可以离开样品并且由成像检测器检测到，从而造成成像饱和。在一些情形中，特别是当PFIB柱已经配置成产生大离子电流时，中性电流可以生成这样的大的背景信号使得创建“雾状(white-out) ”条件，从而使得SEM成像不可能。
[0006]因此，需要防止来自双束FIB/SEM系统的FIB柱的中性粒子在P-FIB铣削期间并且也在SEM成像期间到达样品同时切断等离子聚焦离子束的新方式。特别地，期望找到新设备和方法以用于阻挡由双束P-FIB/SEM系统的P-FIB柱生成的中性粒子，以当利用等离子聚焦离子束处理样品时减少或消除污染，并且当利用SEM对样品成像同时切断P-FIB柱时减少或消除成像饱和。
【发明内容】
[0007]本文公开的是，提供了一种用于带电粒子束系统的弯道(chicane)切断器组件，其包括入口和出口、至少一个中性粒子阻挡结构、多个弯道偏转器、束切断偏转器、以及束阻挡结构。入口被配置成接受沿着轴线传播的带电粒子束。至少一个中性粒子阻挡结构与轴线相交。多个弯道偏转器包括顺序串联设置在入口和出口之间并且被配置成沿着绕过中性粒子阻挡结构并通过出口离开弯道切断器组件的路径而偏转束的第一弯道偏转器、第二弯道偏转器、第三弯道偏转器、以及第四弯道偏转器。在实施例中，弯道切断器组件包括两个中性粒子阻挡结构。在实施例中，束阻挡结构设置在第三弯道偏转器和第四弯道偏转器之间。在实施例中，束阻挡结构包括法拉第杯。
[0008]本文公开的还有，提供一种用于当利用包括带电粒子源和弯道切断器组件的带电粒子系统处理样品时防止中性粒子碰撞样品的方法。弯道切断器组件包括串联设置的第一、第二、第三和第四弯道偏转器、第一中性粒子阻挡结构、第二中性粒子阻挡结构、以及布置在第三和第四弯道偏转器之间的束阻挡结构。该方法包括:通过如下操作利用带电粒子设备照射样品:从带电粒子源发射带电粒子；将带电粒子聚焦为沿着第一轴线朝向样品传播的带电粒子束；使用弯道偏转器以将带电粒子束偏转绕过第一中性粒子阻挡结构和第二中性粒子阻挡结构并且随后至第二轴线上，该第二轴线平行于第一轴线或者与第一轴线相同；以及沿着第二轴线传播带电粒子束以使得带电粒子束照射样品的表面；以及使用弯道切断器组件防止中性粒子碰撞样品。
[0009]本文公开的还有，提供了一种用于处理工件的带电粒子束系统，包括被配置成生成、聚焦并引导离子束的聚焦离子束柱。聚焦离子束包括离子源、用于将离子束从离子源朝向工件传播的光轴、以及弯道切断器组件。弯道切断器组件包括串联设置的四个弯道偏转器、切断偏转器、第一中性粒子阻挡结构、第二中性粒子阻挡结构、以及束阻挡结构。第一中性粒子阻挡结构被配置成阻挡中性粒子沿着光轴朝向工件传播。四个弯道偏转器被配置成通过将离子束从光轴偏转至绕过第一中性粒子阻挡结构和第二中性粒子阻挡结构的路径上、并且回到光轴或者平行于光轴的轴线上来将束引导至工件上。四个弯道偏转器和切断偏转器被配置成通过将离子束偏转至束阻挡结构中而切断离子束。第二中性粒子阻挡结构被配置成阻挡在从光轴偏转之后中性化的离子。在实施例中，离子源是等离子离子源。
[0010]前述已经广泛地概述了本发明的特征和技术优点以便于更好地理解随后跟着的本发明的【具体实施方式】。下文中将描述本发明的附加特征和优点。本领域技术人员应该知晓的是，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作针对修改或设计用于执行本发明相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员也应该认识到这些等价构造并未脱离如所附权利要求阐述的本发明的精神和范围。
【附图说明】
[0011]为了更彻底理解本公开及其优点，现在结合附图参照以下说明书，在所述附图中:
[0012]图1A是根据本公开实施例的操作在未切断模式下的弯道切断器组件的等距视图(isometric view)。
[0013]图1B是X-Z平面之后的图1A的弯道切断器组件的半剖面的等距视图。
[0014]图1C是Y-Z平面之后的图1A的弯道切断器组件的半剖面的等距视图。
[0015]图2A是根据本公开实施例的操作在切断模式下的图1A的弯道切断器组件的等距视图。
[0016]图2B是X-Z平面之后的图2A的弯道切断器组件的半剖面的等距视图。
[0017]图2C是Y-Z平面之后的图2A的弯道切断器组件的半剖面的等距视图。
[0018]图3A是根据本公开实施例的示出切断了中性粒子的图1A的弯道切断器组件的等距视图。
[0019]图3B是X-Z平面之后的图3A的弯道切断器组件的半剖面的等距视图。
[0020]图3C是Y-Z平面之后的图3A的弯道切断器组件的半剖面的等距视图。
[0021]图4是根据本公开实施例的弯道切断器组件的法拉第杯的径向剖视图。
[0022]图5A是根据本公开实施例的弯道切断器组件的四极的径向剖视图。
[0023]图5B是根据本公开实施例的弯道切断器组件的四极的径向剖视图。
[0024]图6是根据本公开实施例的弯道切断器组件的偏转器组件的径向剖视图。
[0025]图7是根据本公开实施例的弯道切断器组件的偏转器组件的径向剖视图。
[0026]图8是根据本公开实施例的粒子光学设备的示意图。
[0027]图9是根据本公开实施例的双带电粒子束系统的示意图。
[0028]图10是根据本公开实施例的对工件进行处理和成像的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0029]在随后跟着的附图和说明书中，相同部件通常贯穿说明书和附图分别利用相同附图标记标注。此外，类似的附图标记可以指代本文公开的不同实施例中的类似部件。附图无需按照比例绘制。本发明的某些特征可以以缩放比例或者以稍微示意性形式夸张，并且常规元件的一些细节可以为了明晰和简明而不示出。本发明受不同形式实施例的影响。具体实施例详细描述并且示出在附图中，其中要理解的是本公开不意图将本发明限于本文所说明和所描述的实施例。将要全面认识的是，本文所讨论的实施例的不同教导可以单独地或者以任何合适的组合来采用，以产生所期望的结果。
[0030]在以下讨论和在权利要求中，术语“包含”和“包括”以开放式方式使用，并且因此应该解释为意味着“包括但不限于......”。就在该说明书中并未具体限定任何术语的方面来说，意图是该术语将给定其简明和普通的含义。此外，本文中术语“和/或”的使用应当解释为“包括性的”或并且非“排他性的”或。例如，本文使用的短语“A和/或B”将意味着“A、B、或者A和B”。作为另一示例，本文使用的短语“A、B、和/或C”将意味着“A、B、C或其任意组合”。此外，当本文使用术语“自动的”、“自动化的”或类似术语时，那些术语将理解为包括自动或自动化的工艺或步骤的手工启动。
[0031]除非另外规定，描述元件之间交互的术语“连接”、“接合”、“耦合”、“附接”或任何其他类似术语的使用并非意味着将交互限于元件之间的直接交互，并且也可以包括所描述的元件之间的间接交互。术语“带电粒子束”和“带电粒子的束”是同义的。
[0032]术语“源”本文用于指代带电粒子的源。术语“靶材”涉及将要由源的带电粒子所形成的带电粒子束照射的物体。此外，除非另外指示，本文对“样品”、“样本”、“衬底”或“工件”的引用也涉及靶材。即，样品、样本、衬底和工件在本文作为不同靶材的实施例而提及。
[0033]除非另外指示，术语“上游”在本文用于指代源点和目的地之间的空间中比第二位置更靠近源点的第一位置。除非另外指出，术语“下游”在本文用于指代源点和目的地之间的空间中比第二位置更靠近目的地的第一位置。源点的身份将从上下文而显而易见。在一些实例中，源点和目的地分别是带电粒子束所穿过的结构的入口和出口。在其他实例中，源点和目的地分别是源和靶材。为了说明上游和下游的使用，考虑带电粒子系统包括带电粒子源S以及将要由从源S发射的带电粒子束所照射的靶材T。如果结构U在源S和靶材T之间的空间中比结构D更靠近源S，则结构U是结构D的上游。如果结构D在源S和靶材T之间的空间中比结构U更靠近靶材T，则结构D是结构U的下游。
[0034]在一些情形中，可以合期望的是，阻挡在诸如P-FIB柱的FIB柱下方朝向样品发送中性粒子。如本文公开的是一种弯道切断器组件(CBA)，其可以结合带电粒子系统或者作为其一部分而使用。
[0035]在各个实施例中，CBA可以包括入口、出口、设置成阻碍中性粒子在CBA中朝向出口传播的一个或多个中性粒子阻挡结构、束切断偏转器、束阻挡结构、以及多个弯道偏转器。入口被配置成接受沿着轴线向朝向CBA传播的带电粒子束。束切断偏转器布置在入口的下游以及束阻挡结构的上游，并且束阻挡结构布置在出口的上游。束切断偏转器被配置成当CBA操作在切断模式下时将带电粒子束偏转至束阻挡结构中。多个偏转器串联布置在入口和出口之间，并且被配置成当CBA操作在非切断模式下时沿着绕过一个或多个中性粒子阻挡结构的路径偏转带电粒子束并且通过出口离开弯道切断器组件。为了简明，本文所描述的CBA的实施例包括四个弯道偏转器。然而，CBA的实施例可以利用更多或更少数目弯道偏转器以实现本文所描述的CBA的功能。
[0036]CBA可以被配置成操作在切断模式、非切断模式、或者其组合下。在各个实施例中，CBA被配置成在切断模式和非切断模式之间切换。
[0037]在切断模式下，束切断偏转器利用束切断偏转器以及可选地一个或多个弯道偏转器以通过将束偏转至束阻挡结构中来防止带电粒子束穿过出口。在一些实施例中，束阻挡结构和多个偏转器的一个或多个被配置成协作地将带电粒子束偏转至束阻挡结构中。在实施例