CN100536062C - 液态金属离子源及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用来控制液态金属离子源的方法,该液态金属离子源包含一尖端,一第一电极及一第二电极,该方法包括的步骤为:(i)将第一电极保持在第一电压等级范围及将第二电极保持在第二电压等级范围,用以在源的操作中主动模式期间撷取形成在尖端上的金属离子;(ii)将第一电极保持在第三电压等级范围及将第二电极保持在第四电压等级范围,用以在源的操作中闲置模式期间实质上减少从尖端撷取金属离子。第三电压等级和第四电压等级中至少其一并不包括零电压等级。第一电压等级不同于第三电压等级。
Description
技术领域
本发明涉及一种液态金属离子源系统及用来控制这些离子源的方法。
背景技术
聚焦型离子束(FIB)系统在本领域内是熟知的。FIB系统大体上是被用来实施芯片(die)磨铣加工及横断加工(cross-sectioning)。经过磨铣及横断加工的物件通常用一检查装置,例如扫描电子显微镜(SEM),来检查,用以侦测出缺陷。FIB系统也可被用来产生FIB图像。
离子源以及电压供应器与电极的构造在本领域内是熟知的。这些构造中的一些例子公开在授予Sugiyama等人的美国专利第6472881号,授予Sakaguchi的美国专利第6459082号,授予Yasaka的美国专利第5153440号,及授予Suzuki的美国专利第5111053号中。所有这些专利都藉由此参考而被合并于本文中。美国专利第6472881号描述一种液态金属离子源及一种用来测量液态金属离子源的流动阻抗的方法。美国专利第5111053号描述一种利用模拟反馈及数字CPU控制用来控制液态金属离子源的方法。美国专利第5153440号描述一种用来稳定液态金属离子源的操作方法。美国专利第6459081号描述一种聚焦型离子束系统。
一种用来产生FIB图像的FIB系统还具有至少一侦测器以及一图像处理器。
通常,离子源,FIB透镜系统及离子束偏转器是装设在一柱状物内,该柱状物一般被称为FIB柱。该侦测器也被放置在该FIB柱内。
SEM图像是通过用电子束照射物件收集来自该电子束与该物件的至少一部分的互相作用所产生的信号及处理收集到的信号来产生的。FIB图像是以类似的模拟方式来产生的,只是该物件是用聚焦型离子束来照射。
虽然将SEM及FIB工具分开来是相当常见的,包含这两种工具的系统也是可买到的。这些复合式系统被称为FIB/SEM系统。该复合式工具的SEM部分可方便一受检对象,如多层式芯片,的表面的检查。该复合式系统的FIB部分可方便磨铣该表面并暴露内层以供检查。通常,在FIB磨铣该芯片之后,SEM被用来检查外露的层并进一步分析该经过磨铣的芯片以侦测缺陷。设在美国加州的Santa Clara市的FEI公司的XL860 Dualbeam Workstation或AppliedMaterials公司的SEMVisionG2为已知的两种FIB/SEM系统。
该XL860包括一FIB柱及SEM柱,它们成角度地彼此分隔开来,而SEMVisionG2则包括大致平行的SEM及FIB柱。
典型地,该聚焦型离子束被用来以彼此间隔一定的间距来磨铣一物件。通常,当一晶圆被磨铣或甚至被部分地磨铣之后,即接受该SEM或另一工具的检查。
每一液态金属离子源都具有一预定数量的离子可提供。因此,当已经提供该预定数量的离子之后,该液态金属离子源就必需被更换或补充。更换是相当耗时且昂贵的。在一些例子中,液态金属离子源更换或补充处理需要打开FIB室,这是一个相当耗时的程序,在此程序中该FIB室的真空级别(甚至高于一级别)必需被重新恢复。这个打开动作也会让FIB柱暴露在污染物中。
因此,对于提供一种有效的系统及方法来改善液体金属离子源的使用存在着需求。
发明内容
本发明提供一种用来在闲置期间(idle periods)减少离子发射的系统和方法。
本发明提供一种用来在闲置期间实质上消除离子发射的系统及方法,其中介于闲置模式与主动模式之间的转换是很快的。
依据本发明的一实施例,离子光学构件(ion-optics)特性受到闲置模式与主动模式之间的转换的影响极小(或甚至根本不受影响)。
依据本发明的一实施例,施加到一或多个相应的电极上的一个或多个电压在模式的转换期间未被实质上改变,而施加到一或多个其它电极上的一个或多个电压则被改变。
本发明提供一种用来控制液态金属离子源的方法,该源包含一尖端,一第一电极及一第二电极,该方法包括的步骤为:(i)将该第一电极保持在第一电压等级范围及将该第二电极保持在第二电压等级范围,用以在该源的操作中主动模式期间撷取形成在该尖端上的金属离子;(ii)将该第一电极保持在第三电压等级范围及将该第二电极保持在第四电压等级范围,用以在该源的操作的闲置模式期间实质上减少从该尖端撷取金属离子。该第三电压等级,或者该第四电压等级并不包括零电压等级。第一电压等级不同于第三电压等级。
本发明提供一种液态金属离子源,其包括一尖端,一第一电极,一第二电极及一控制器,其耦接到至少一电压供应器,用以将该第一电极保持在第一电压等级及将该第二电极保持在一第二电压等级,用来在该源的操作的一主动模式期间撷取形成在该尖端上的金属离子;及用以将该第一电极保持在第三电压等级范围及将该第二电极保持在第四电压等级范围,用来在该源的操作的一闲置模式期间实质上减少从该尖端撷取金属离子。该第三及第四电压等级范围中的至少一者不包括零电压等级,且该第一电压等级范围不同于第三电压等级范围。
根据本发明的一实施例,该第一电极可以是一撷取电极或一抑制电极。
根据本发明的一实施例,该第三电压等级范围可包括比一非撷取电压等级低了一第一电压差的电压等级。
根据本发明的不同实施例,某些电压等级范围彼此是不相同的。例如,该第一电压等级范围的上端高于第三电压等级范围的上端和/或该第四电压等级范围的上端高于第二电压等级范围的上端。
根据本发明的一实施例,介于闲置模式与主动模式之间的转换不会实质上改变设在该源的下游处的离子光学构件的离子光学特性。
根据本发明的一实施例,介于闲置模式与主动模式之间的该转换是很短的。它可以是比一分钟还短或甚至是比数秒钟还短。
根据本发明的一实施例,在闲置模式期间被提供至该尖端的离子被保持在液态形式。
根据本发明的一实施例在介于闲置模式与主动模式之间的转换之后接着的是稳定从该尖端撷取的离子的步骤。该稳定步骤可包括测量从该尖端撷取的离子的离子流及改变供应至一个或多个电极的电压等级。
根据本发明的一实施例,介于闲置模式与主动模式之间的该转换并不涉及再加热该金属离子源。
附图说明
为了要理解本发明并明白本发明如何在实际上被实施,本发明的较佳实施例将通过参照附图的方式,以非限制性的例子来描述,其中:
图1为依据本发明一实施例的FIB系统的示意图;
图2为一流程图,其显示用来控制液态金属离子源的方法;
图3示出了在依据本发明的一个方面中,介于主动模式的操作与闲置模式的操作之间的示范性的转换顺序期间的各种电压等级。
具体实施方式
图1示出了一FIB系统10。FIB系统10包括(i)一用来产生离子束的离子源,例如液态金属离子源20;(ii)用来从该离子源20撷取离子的多个电极,例如撷取电极30,及一抑制电极40它可调整被聚焦在该离子源20的尖端的电场的强度使得一所想要的离子束流从该离子源被射出;(iii)用来提供电压至该FIB系统的各构件的多个电源供应单元,例如分别提供电压至撷取电极30及抑制电极40的撷取器电源供应器32及抑制器电源供应器42;(iv)离子-光学构件,例如FIB镜片系统50及离子束偏转器60。FIB镜片系统50能够将该离子束聚焦用以提供一经过聚焦的离子束。离子束偏转器60能够将该经过聚焦的离子束偏转。通常,一FIB系统还可包括一离子束遮断器以及一个或多个侦测器,孔55及类此者。
该液态金属离子源20包括一容器21它可容纳该液态金属,一尖端22它被一由白热灯丝电源供应器23所提供的白热灯丝电流所加热。该尖端22及该容器21亦被加热。该金属被保持在液态的形式。该容器及该尖端被设置成可形成一液态金属膜于该尖端22上。由电极,例如电极30及40,所诱发的电场从尖端22的尖峰处撷取离子。
FIB系统10还包括一电流计102,其电连接至该撷取电极30用以提供从该尖端22被撷取的离子电流的预估值给处理器104。应被注意的是,该电流计可被电气地耦接至另一电源供应器或系统10的部件。处理器104被电气地连接至电流计102且能够控制该离子源20。
图2显示为用来控制液态金属离子源的方法120。方法120以初始化该FIB系统的步骤122开始。步骤122可包括加热该离子源20,稳定来自源20的离子发射,校准该离子光学构件,等等。该校准可包括减低像差及离子光学构件对准。
为了说明简化的目的,假设在步骤122结束时,离子源20是在操作的主动模式中(如位于步骤122与步骤124之间的方块123所示)。因此,离子被撷取用以形成一被聚焦的离子束,其可被使用在各种用途上,例如磨铣一物件或产生一FIB图像。
步骤122之后接着的是侦测是否需要将操作模式改变至闲置模式的步骤124。该侦测可根据来自该FIB系统的操作者的要求,或亦可被产生作为该FIB系统的现状的反应。例如,如果该离子源没有在一特定的时间区段中被用来磨铣或产生FIB图像的话,则需要一模式转换。
步骤124之后接着的是实施主动模式与闲置模式之间的模式转换之步骤126。步骤126可包括预转换步骤,例如停止自动的离子源稳定处理及保存撷取电极电压等级。这些预转换步骤之后接着的是降低撷取器电极电压等级。最好是,该撷取器电压等级被降低至比一非撷取离子电压等级低一第一电压差的等级。本案发明人使用一FIB系统,在该系统中该非撷取离子电压等级为约6500伏且被降低至6300伏的电压等级。
在步骤126结束时,该系统是在一闲置的操作模式中,如位于步骤126与步骤128之间的方块127所示。
步骤126之后接着的是侦测是否需要将操作模式改变至主动模式的步骤128。
步骤128之后接着的是实施转换至主动模式的步骤130。该转换包括提高该撷取电极电压至在步骤128所保存的电压等级。步骤130还可包括后转换步骤,例如改变抑制电极电压等级,例如提供在一预定的电流等级下一稳定的被撷取的离子流。本案发明人将该离子源稳定在2微安培的等级。该后转换步骤还可包括改变撷取电极电压等级,用以防止抑制电压供应到达其上电压极限或下电压极限。
步骤130之后接着的是步骤124。
当离子源被保持在主动模式持续一延长的时间长度时,抑制电压必需被逐渐地提高用以提供相同的电流等级。此一电压的提高受限于连接至该抑制电极的电源供应器的能力。当此电压的提高发生时,该FIB系统必需被停机并且一高电流消耗的加热处理被开始。这实质上会缩短该离子源的使用寿命。应被注意的是,该抑制电极电压等级的改变可被撷取电压的改变所取代或可由该撷取电压的改变来完成。
本案发明人发现介于闲置模式与主动模式之间的转换还提供较佳的撷取器电压等级/被发射的电流等级比率。该转换实质上重设了该撷取器电压等级增量,因此消除了与加热处理有关的电流浪费。
图3显示了三条曲线,它们代表在不同的操作模式期间中被撷取的电流(最下面的曲线被注记为“Ext.c”),撷取电极电压等级(上面的曲线,被注记为“Ext.v”)及抑制电极地压等级(中间的曲线,被注记为“Sp.V”)。上面的曲线显示在主动模式期间撷取电极电压等级是在一第一范围内,该第一范围包括高于包括在闲置模式期间被提供的一第三电压等级范围内的电压等级的电压等级。该中间曲线显示在主动模式期间该抑制电极电压等级是在一第二范围内,该第二范围包括高于包括在闲置模式期间被提供的一第四电压等级范围内的电压等级的电压等级。
熟悉本领域的技术人员应当了解的是,所揭露的发明主体可用不同的方式被体现且可采取除了上文中被明确地阐述及说明的形式之外的许多实施例。
因此,以上所揭示的发明主体应被认定为示范性且非限制性的,且在法律允许的最大限度内,以下的权利要求范围涵盖了落在本发明的真实精神与范围内之所有这些修改及其它实施例。
本发明的范围应由以下权利要求范围可能的最广意的解释及等效物来决定而不是由上文的详细说明来决定。
Claims (32)
1.一种用于控制液态金属离子源的方法,所述金属离子源包含一尖端,一第一电极及一第二电极,所述方法至少包括以下的步骤:
将所述第一电极保持在第一电压等级范围及将所述第二电极保持在第二电压等级范围,用以在所述源的操作的一主动模式期间撷取形成在所述尖端上的金属离子;
将所述第一电极保持在第三电压等级范围及将所述第二电极保持在第四电压等级范围,用以在所述源的操作的一闲置模式期间实质上减少从所述尖端撷取金属离子;
其中所述第三电压等级和所述第四电压等级,至少其一并不包括零电压等级;及
其中第一电压等级不同于第三电压等级。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一电极为一撷取电极。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一电压等级范围的上端比所述第三电压等级范围的上端高。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第三电压等级范围包含比一非撷取电压等级低一第一电压差的电压等级。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第四电压等级范围的上端比所述第二电压等级范围的上端高。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,介于所述闲置模式与所述主动模式之间的转换不会实质上改变设在所述离子源的下游处的离子光学构件的离子光学特性。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,介于所述闲置模式与所述主动模式之间的转换是很快的。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,介于所述闲置模式与所述主动模式之间的转换不会实质上改变设在所述离子源的下游处的离子光学构件的离子光学特性。
9.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述转换比一分钟还短。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于,介于所述主动模式与所述闲置模式之间的转换是很快的。
11.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一电极为一抑制电极。
12.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在闲置模式期间没有来自所述尖端的离子射出。
13.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在闲置模式期间被提供至所述尖端的离子被保持在液态。
14.如权利要求1所述的方法,其特征在于,介于所述闲置模式与所述主动模式之间的转换其后接着的步骤是稳定来自于所述尖端的离子撷取。
15.如权利要求14所述的方法,其特征在于,所述稳定步骤包括测量来自所述尖端的被撷取的离子流及改变被供应至一个或多个电极的电压的电压等级。
16.如权利要求1所述的方法,其特征在于,介于所述闲置模式与所述主动模式之间的转换不包括加热所述离子源。
17.一种液态金属离子源,包含:
一尖端,
一第一电极及一第二电极;
一控制器,其耦接到至少一电压供应器,用以将所述第一电极保持在第一电压等级及将所述第二电极保持在一第二电压等级,用来在所述源的操作的一主动模式期间撷取形成在所述尖端上的金属离子;及用以将所述第一电极保持在第三电压等级范围及将所述第二电极保持在第四电压等级范围,用来在所述源的操作的一闲置模式期间实质上减少从所述尖端撷取金属离子;
其中,所述第三及第四电压等级范围中的至少一者不包括零电压等级;及
其中,所述第一电压等级范围不同于第三电压等级范围。
18.如权利要求17所述的液态金属离子源,其特征在于,所述第一电极为一撷取电极。
19.如权利要求18所述的液态金属离子源,其特征在于,所述第一电压等级范围的上端比所述第三电压等级范围的上端高。
20.如权利要求18所述的液态金属离子源,其特征在于,所述第三电压等级范围包含比一非撷取电压等级低一第一电压差的电压等级。
21.如权利要求18所述的液态金属离子源,其特征在于,所述第四电压等级范围的上端比所述第二电压等级范围的上端高。
22.如权利要求18所述的液态金属离子源,其特征在于,介于所述闲置模式与所述主动模式之间的转换不会实质上改变设在所述离子源的下游处的离子光学构件的离子光学特性。
23.如权利要求18所述的液态金属离子源,其特征在于,介于所述闲置模式与所述主动模式之间的转换是很快的。
24.如权利要求17所述的液态金属离子源,其特征在于,介于所述闲置模式与所述主动模式之间的转换不会实质上改变设在所述离子源的下游处的离子光学构件的离子光学特性。
25.如权利要求24所述的液态金属离子源,其特征在于,所述转换比一分钟还短。
26.如权利要求17所述的液态金属离子源,其特征在于,介于所述主动模式与所述闲置模式之间的转换是很快的。
27.如权利要求17所述的液态金属离子源,其特征在于,所述第一电极为一抑制电极。
28.如权利要求17所述的液态金属离子源,其特征在于,在闲置模式期间没有来自所述尖端的离子射出。
29.如权利要求17所述的液态金属离子源,其特征在于,在闲置模式期间被提供至所述尖端的离子被保持在液态。
30.如权利要求17所述的液态金属离子源,其特征在于,所述控制器能够在一介于所述闲置模式与所述主动模式之间的转换之后开始一稳定处理。
31.如权利要求30所述的液态金属离子源,其特征在于,所述稳定处理包含测量来自所述尖端之被撷取的离子流及改变被供应至一个或多个电极的电压的电压等级。
32.如权利要求30所述的液态金属离子源,其特征在于,介于所述闲置模式与所述主动模式之间的转换不包括加热所述离子源。
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