CN102760649A

CN102760649A - 处理系统

Info

Publication number: CN102760649A
Application number: CN2012102394691A
Authority: CN
Inventors: F·佩雷斯-维拉德
Original assignee: Carl Zeiss NTS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2032-04-23
Also published as: US20120267545A1; DE102011018460A1; EP2515321B1; US8415644B2; CN102760649B; EP2515321A1

Abstract

一种处理系统包括：围绕在聚焦透镜和相互作用区域之间的束通道环形延伸的环形管道，特别是以圆环形的形式延伸；其中环形管道在面向相互作用区域的侧部上包括朝向相互作用区域的多个用于气体的出口；并且其中环形管道包括保持器装置，其配置成绕着枢轴枢转环形管道，其中该枢轴平行于物体保持器的倾斜轴。

Description

处理系统

相关申请的交叉引用

本申请请求申请日为2011年4月21日的，发明名称为“处理系统”的德国专利申请No.102011018460.0的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种处理系统，其包括粒子束柱，该粒子束柱具有用于将粒子束定向到物体上的相互作用区域的聚焦透镜以及用于向相互作用区域提供气体的气体供应装置。供应到相互作用区域的气体，可具有在物体上中和空间电荷的功能。空间电荷可以由粒子束撞击物体而引起的。供应到相互作用区域的气体，还可进一步具有处理气体的功能，使得气体被粒子束激发，引起在相互作用区域内的材料沉积或材料消蚀(ablation)。

背景技术

现有技术中，存在已知的气体供应装置的配置，其中气体供应装置与粒子束柱集成在一起。这样的配置的示例可从US 5,055,696、EP 2 091 066A2、DE 102 08 043A1、DE 10 2008 040 426A1、DE 10 2007 054 074A1、以及US 2007/0246651A1获知。

包括粒子束柱和气体供应装置的配置中还可以集成另外一个粒子束柱。该另外的粒子束柱可引导另外的粒子束至相互作用区域。对于这样的配置，希望物体相对于两个粒子束柱是可倾斜的。这可以例如允许选择性地引导第一或者第二粒子束与物体的表面垂直。

公知的集成的粒子束柱和气体供应装置的配置具有下述的缺点：它们是不可弯曲的，它们不能同时允许粒子束柱的聚焦透镜与物体有小的距离并且使物体倾斜。它们还可以在物体表面的区域处对聚焦透镜的电场或者磁场的对称性有负面影响。因此，这些配置在相互作用区域内的粒子束的质量或者向相互作用区域提供的气体供应方面存在不利的影响。

因此，本发明的目的是提供一种处理系统，允许气体供应装置与粒子束柱集成，以便上述的负面的影响至少部分地减轻。

发明内容

根据一个实施例，处理系统包括第一粒子束柱，第一粒子束柱具有用于将第一粒子束沿着第一粒子束的束通道引导到相互作用区域的聚焦透镜。相互作用区域可被定义为第一粒子束和/或第二粒子束的聚焦区域。该处理系统还可包括用于将物体布置在相互作用区域的物体保持器，其中所述物体保持器配置成使所述物体相对于第一粒子束柱绕倾斜轴倾斜，其中所述倾斜轴垂直或者横向于所述粒子束的方向定向。该处理系统还可进一步包括气体供应装置，该气体供应装置包括环形的管道以及气体供应线路。在气体供应线路的一端能够联接至气体储存器。气体供应线路可在气体供应线路的远端向环形管道内开口。换句话说，气体供应线路可在气体供应线路的远端联接至环形管道。因此，可将气体从气体储存器供应至环形管道。

所述环形管道围绕着所述第一和/或第二粒子束的束通道环形地延伸。换句话说，所述环形管道可形成单独的、围绕所述第一和/或第二粒子束的闭环。术语“环形地延伸”包括圆形、矩形、方形、椭圆形等。具体地，所述环形管道可以圆环形的形式围绕所述第一粒子束的束通道延伸。环形管道的枢轴可对准于或者定位在环形管道的主平面内。环形管道的主平面可横贯所述管道。该主平面可以将管道分成基本上相等大小的两个半部。环形管道的通路的纵轴可对准于或者定位在所述主平面内。

该环形管道可布置在聚焦透镜和相互作用区域之间。在环形管道的面向相互作用区域的一侧，提供有朝向相互作用区域的多个用于气体的出口。所述多个出口可以布置成产生所述气体的气体流，其中至少气体流的一部分当离开所述环形管道时，被直接朝向相互作用区域定向。作为附加或替代，相对于所述环形管道的主平面，所述气体出口可布置在物体的一侧。作为附加或替代，所述多个出口可面向所述相互作用区域，和/或可朝向所述区域定向。

所述环形管道可包括保持器，其配置成绕着枢轴枢转该环形管道，其中枢轴平行于物体保持器的倾斜轴。所述环形管道的枢轴可布置成与物体保持器的倾斜轴分开一个距离。

因此，可以在物体保持器相对于粒子束柱倾斜时枢转气体供应装置的环形管道，使得甚至在物体和气体供应装置之间只有很小的距离的情况下也可以避免物体与气体供应装置的碰撞。具体地，在物体保持器的多个不同的倾斜位置的每一个上，环形管道可以沿着与物体相同的方向被定向。例如，环形管道可平行于平面物体的表面延伸，其中这对于物体保持器的多个不同的倾斜位置中的每一个都是可能的。这允许在物体相对于粒子束柱的多个不同的倾斜位置，提供聚焦透镜的基本上恒定的电场和磁场结构，使得粒子束在相互作用区域的聚焦或者焦点基本上独立于物体相对于粒子束柱的倾斜位置。此外，用于供应气体的参数也基本上独立于物体相对于粒子束柱的倾斜位置。

环形管道可由气体供应线路支撑或者承载。除了气体供应线路，可以不提供支撑环形管道的另外的结构。气体供应线路的纵轴可对准于或者定位于环形管道的主平面内。

气体供应线路可进一步包括线性的部分，其沿着枢轴线性延伸。因此该部分可包括直线的纵轴。枢轴可布置在气体供应线路横截面内，特别是该气体供应线路的线性部分的横截面内。特别地，枢轴可布置在横截面的中心。

根据一个实施例，多个出口可以是均匀分布的，如沿着环形管路的周向所看到的。开口可沿着周向或者沿着环形管道的周边等距离地布置。

出口可以是用于将气体供应到物体上的相互作用区域的气体出口。例如，可以提供两个、三个、四个或者更多的出口，例如六个，十个或者甚至更多个出口。出口的数量可以少于500个，或者少于100个。出口例如可以具有圆形的截面或者形成为沿着环形管道的周向延伸的狭缝。具体地，沿着周向分布的多个出口，也可以是一个单独的环形出口的形式，其连续地沿着周向延伸。该单独的环形出口可围绕整个圆周延伸。

实践中，环的内径，也就是环形管道的彼此面对且面向束通道的相对侧壁之间的距离，可选择为尽可能地小，使得能够实现出口接近相互作用区域的布置。该内径还进一步被选择为所需要的那么大，以允许一个或者多个粒子束朝向相互作用区域穿过环，并且允许一个或者多个粒子束在物体上足够大的部分上进行扫描。在一些实施例中，引导至相互作用区域上的粒子束从对称轴或者聚焦透镜的光轴偏离，以将在例如整个物体上扫描粒子束。

环形管道的枢轴可与物体保持器的倾斜轴一致。换句话说，环形管道的枢轴可沿着物体保持器的倾斜轴延伸。根据实施例，环形管道的枢轴与物体保持器的倾斜轴之间具有超过0.25mm或者超过1.0mm的距离。具体地，该距离可以选择为使得其等于物体表面与面向物体的环形管道的表面或者区域之间的距离。环形管道的枢轴可平行于物体保持器的倾斜轴定向。

附图说明

在下文参照附图对示例性实施例的详细描述中，上述以及其它的有利特征将变得更加清楚。需要注意的是不是所有可能的实施例都必须逐个地展示，并且每一个或者所有的优点都在其中说明。

图1是根据示例性实施例的处理系统的示意图；

图2是图1中示出的处理系统的一部分的透视图；

图3是从底侧示出图1和图2中的处理系统的气体供应装置的平面图；

图4是沿着线IV-IV得到的图3所示气体供应装置的截面图；以及

图5是根据另一示例性实施例的气体供应装置的截面图。

具体实施方式

在下文的示例性实施例中，在功能和结构上相似的部件尽可能使用相似的附图标记表示。因此，为了理解特定实施例中单个部件的特征，可参考其它实施例以及发明内容部分的说明。

图1是处理系统1的示例性实施例的示意图。处理系统1包括两个粒子束柱。该两个粒子束柱由用于产生电子束5的电子束柱3和用于产生离子束9的离子束柱7构成。每个束都指向相互作用区域11。在相互作用区域11内，布置有待处理的物体13的表面。待处理的物体13可以是例如半导体晶片13。

对物体13的处理可包括多个步骤：例如，电子束柱3可以作为电子显微镜操作，用于产生布置在相互作用区域内的物体部分的电子显微镜图像。为此，电子束5作为初级束被引导至物体13上，用于产生次级粒子，例如背散射电子和次级电子。通过一个或者多个探测器，例如电子探测器，来探测背散射电子和/或次级电子，用于产生电子显微镜图像。

引导至物体13的表面上的电子束5可在物体表面引起局部的电荷。在一些应用中，希望减少这样的电荷。为此，提供了气体供应装置15。使用该气体供应装置，可以向相互作用区域11提供气体，例如氮气，氧气，空气和/或水蒸气。电子束可将气体离子化。离子化的气体可中和位于物体表面上的电荷。

对物体13的处理可进一步使用离子束柱7实施。离子束柱7可用于在物体13的相互作用区域11内沉积或者消蚀材料。

材料的消蚀可通过离子束9在物体13上撞击并且从物体13上移除单个的原子或者原子簇来引起。在很多情况下，材料消蚀是通过使用处理气体，例如二氟化氙，碘，氯或者水蒸气来实施的。处理气体供应到相互作用区域，并且被离子束激发。处理气体与物体13的原子或者分子建立化学键，并从物体13上移除原子或者分子。由此需要的处理气体可通过气体供应装置15供应到相互作用区域11。

物体上材料的沉积可这样来实施，即，处理气体供应到相互作用区域，并由离子束激发，使得处理气体的分子的分解产物沉积在物体上，这种处理气体的示例有六羰基钨(tungsten hexacarbonyl)，菲(phenanthrene)，硅烷化合物(silan compound)，二乙酰金(dimethylacetylacetonategold)以及甲基三甲基铂(methylcyclopentadienyltrimethylplatinum)。同样，这样的处理气体的供应可使用气体供应装置15来实施。

此外，可以使用离子束9的离子作为用于获取物体13在相互作用区域11内的图像的初级粒子，其中所述离子从所述物体移除次级粒子，例如其它的离子和电子，它们随后被探测。作为附加或者替代，可以使用电子束5激发相互作用区域11内的处理气体，用于实现物体上的材料沉积或者从物体上消蚀材料。

电子束柱3包括电子源21，其具有阴极(cathode)23和阳极(anode)25，一个或者多个用于产生电子束5的聚光透镜27。电子束柱3还包括电子探测器29，其在示出的示例中被布置在电子束柱内。电子束柱3进一步包括用于引导和/或聚焦电子束5至相互作用区域11上的物镜31。电子探测器29构造成探测次级电子和/或背散射电子以获取相互作用区域内的物体部分的电子显微镜图像。在图示的示例中，电子探测器29布置在电子束柱3的内部。然而，还可以想到电子探测器29布置在电子束柱3的外部。电子探测器29布置成使得从相互作用区域11发出的电子能够被探测到。

电子束柱3进一步包括用于改变电子束5在物体上相互作用区域11内的撞击位置的束偏转器33。具体地，通过操作束偏转器33，可以大致地使电子束5扫描物体13的整个表面，并且同时使用电子探测器29探测次级电子和/或背散射电子，以获取物体的电子显微镜图像。

离子束柱7包括离子源37和用于形成和加速离子束9的电极41。离子束柱7进一步包括用于将离子束9聚焦到相互作用区域11内的聚焦线圈或者聚焦电极43。离子束柱7还包括用于改变离子束9在相互作用区域11内在物体13上的撞击位置的束偏转器45。

物体13由物体保持器51保持，使得物体13的表面的一部分被布置在相互作用区域11内。物体保持器51进一步配置成绕着倾斜轴43倾斜物体13，该倾斜轴垂直于图1的图面定向，使得物体可以分别相对于电子束柱3和离子束柱7布置在多个倾斜位置。在物体13和物体保持器51的倾斜位置，如图1中实线所示出的，物体13的表面相对于电子束柱3定向，使电子束5基本上垂至地撞击在物体的表面上。相对于电子束5以例如40°到60°的角度定向的离子束9则斜向地撞击在物体13的表面上。根据一个实施例，离子束9和电子束5之间的角度是54°。但是，应该可以想到，该角度可明显地大于60°。根据另一可能的实施例，该角度的值为90°。

在如图1中使用虚线所示出的物体13和物体保持器51的倾斜位置，物体相对于离子束柱7布置成使得离子束9基本上垂直地撞击在物体13的表面上，同时电子束5倾斜地撞击在表面上。

物体相对于粒子束柱3、7的倾斜对于形成和检查物体上的三维结构而言是所希望实现的。例如，通过使用离子束9在倾斜位置照射物体，可以制备竖直地或者垂直地延伸到物体内部的孔，如图1中虚线所示。在倾斜位置，如图1中实线所示出的，可以使用电子束检查该孔。

下面将结合图2到5描述气体供应装置的配置。

图2是透视图，其中大体上示意性地示出了电子束柱3的聚焦透镜31的外壳61、气体供应装置15以及物体13。

图3是从底部观察气体供应装置15的一部分的平面图，图4是沿着图3中的线IV-IV截取的、图3中示出的气体供应装置的部分的截面图。气体供应装置15包括环形管道63，其围绕对称轴64或者聚焦透镜31的光轴，因此也是围绕电子束5的光通道，延伸形成一个环面。气体供应线路65包括通过合适的线路68连接至容纳气体71的储存器74的第一端66。阀72或者其它装置，例如加热或者制冷装置，被提供用于控制气体71在气体供应线路65内的流动。在气体供应线路65的另一端75，气体供应线路65开口于环形管道63内。气体供应线路65与环形管道63连接，使得环形管道63由气体供应线路65支撑和/或承载。环形管道63刚性地连接于气体供应线路65。

环形管道63包括限定出基本上密封的通道69的管道壁67。管道壁67围绕着轴64。在壁67的面对物体13的一侧61，壁67包括多个朝向通道69开放的开口73。气体供应线路65包括限定出通道76的管道壁75，其中气体供应线路65连接至环形管道，使得通道76开放于环形通道69的内部。因此，气体71能够从储存器74通过气体供应线路65提供到环形通道69内，并且气体通过出口73排出到相互作用区域。这里，气体根据其希望的功能起作用，例如中和物体表面的电荷，从物体上移除材料，或者沉积材料在物体上。

气体供应线路65由轴承81可枢转地或者可旋转地支撑，使得其可绕着气体供应线路65的纵轴83枢转或者旋转，如图4中示意性地示出的。因此，同样环形管道63可绕着纵轴83枢转。

枢轴83平行于物体保持器的倾斜轴53延伸，这样环形管道可与物体一致地、同步地和/或一起枢转，特别是物体布相对于粒子束柱布置在不同的倾斜位置时。在图1中，示出了环形管道63的两个枢转位置。实线示出了一个枢转位置，其中当物体布置在倾斜位置，如图1中实线所示时，环形管道63的面对物体的侧部71，布置为平行于物体13的表面。虚线示出了一个枢转位置，其中当物体布置在倾斜位置，即以虚线示出的位置时，环形管道63的侧部71布置为平行于物体13的表面。

类似于图4，图5示出了环形管道的示例性实施例的横截面，用于示出下面的几何形状以及可能的变型。环形管道63围绕或者包围电子束5和离子束9延伸。环形管道63的主平面平行于待处理的物体13的表面定向。如图5所示，电子束5平行于物体13的表面法线定向，而离子束9相对于表面法线以54°的角α定向。此外，在图5中示出的示例性实施例中，物体13可以绕倾斜轴53倾斜，该倾斜轴垂直于电子束5，并垂直于离子束9，而环形管道63可绕着枢轴83倾斜或者枢转，该枢轴83平行于倾斜轴53定向。

在图5示出的配置中，环形管道63离开物体13的表面一定距离布置，环形管道63的环的内径可选择为使束5和9能够穿过环，并扫描物体表面的公共区域。该距离a以及内径d的示例性的数值为：a＝0.5mm并且d＝1.2mm；a＝1.0mm并且d＝2.5mm；或者a＝2.0mm并且d＝5.2mm。

在图5示出的实施例中，环形管道67包括环形的截面，而图4中示出的环形管道的截面是矩形的。同样，环形管道的截面的其它几何形状也是可以想到的。

此外，图5示出的环形管道的开口73，相对于环的主平面以54°的角定向，使得从环形管道67内通过开口73流出的气体，被引导至粒子束5和9的交叉点。在图4示出的示例性实施例中，环形管道的开口73相对于环的主平面以90°角定向，使得流出的气体大体上垂直地入射于物体的表面。显然，为了控制气体朝向粒子束在物体上的撞击位置的流动，从而符合预定的标准，可以改变环形管道的开口相对于环的主平面定向的角度。

虽然环形管道相应于或者同步于物体的倾斜枢转，但是也可以将物体布置为非常接近粒子束柱，并且在气体供应装置与物体之间没有撞击危险的情况下倾斜物体。因此，用于环形管道的所需要的安装空间相对较小。此外，同样环形管道与物体之间的距离也相对较小，这样处理气体在接近于物体的位置从气体供应装置中排出，处理气体能够充分地供应至物体。此外，环形管道相对于物体的固定的定向(该定向独立于物体相对于聚焦透镜的倾斜位置)造成粒子束柱的聚焦透镜产生的电场和磁场的对称化，使得粒子束柱可最佳地聚焦于物体，而不会依赖于物体的倾斜位置。

在上述的示例性实施例中，在物体保持器的倾斜轴和环形管道的枢轴之间提供有一个距离，该距离大体上与物体表面和环形管道之间的距离一致。然而，也可以想到，在物体保持器的倾斜轴与环形管道的枢轴之间提供不同的距离，其可以大于或者小于物体表面和环形管道之间的距离。例如，物体保持器的倾斜轴与环形管道的枢轴可以一致或者大体上一致。因此，物体保持器和环形管道可沿着共同的轴枢转。换句话说，环形管道的枢轴可位于物体保持器的倾斜轴上。

还可以想到，气体供应装置的环形管道不是固定地布置在物镜和物体保持器之间的区域中，而是可以从该区域移除的，并且需要的时候可以插入。为此，气体供应装置的气体供应线路可穿过处理系统的真空室的壁，这样通过从真空室壁的外面纵向地移动和/或枢转气体供应线路，可将环形管道定位于物镜和物体保持器之间的区域，或者从该区域移除。

在上述的示例性实施例中，处理系统包括两个粒子束柱，其中一个构造成电子束柱，另外一个构造成离子束柱。然而，也可提供三个或者多个其它的粒子束柱。还可以提供两个粒子束柱，其中两个都构造成电子束柱，或者两个都构造成离子束柱。还可以只提供一个粒子束柱，其可以构造成电子束柱，或者构造成离子束柱。

虽然结合具体的示例性实施例描述了上述发明，但是显然对本领域技术人员来说很多的替代、改造以及变型都是显而易见的。因此，这里提及的示例性实施例是用于说明的目的，而没有任何的限制作用。在不背离所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。

Claims

1.一种处理系统，包括：

第一粒子束柱(3)，其具有用于沿着第一粒子束的束通道将所述第一粒子束聚焦到相互作用区域(11)上的聚焦透镜(33)；

用于将物体(13)布置在所述相互作用区域(11)内的物体保持器(51)，其中所述物体保持器(51)构造成相对于所述第一粒子束柱(3)绕着所述物体保持器(51)的倾斜轴(53)倾斜所述物体(13)，其中所述倾斜轴(53)横向于所述第一粒子束的束通道定向；以及

气体供应装置(15)，其包括环形管道(63)和气体供应线路(65)；

其中所述气体供应线路(65)的一端(66)可联接至气体储存器(74)，并且在所述气体供应线路(65)的远端(75)，所述气体供应线路(65)开口于所述环形管道(63)内，用于从所述气体储存器(74)供应气体(71)至所述环形管道(63)；

其中所述环形管道(63)在所述聚焦透镜(33)和所述相互作用区域(11)之间环形地围绕所述第一粒子束的束通道延伸；

其中所述环形管道(63)在面对所述相互作用区域(11)的侧部上包括朝向相互作用区域的多个用于气体的出口(73)；并且

其中所述环形管道(63)包括保持器(81)，其构造成绕着所述环形管道(63)的枢轴(83)枢转所述环形管道(63)，其中所述枢轴(83)平行于所述物体保持器(51)的倾斜轴(53)。

2.如权利要求1所述的处理系统，其中所述气体供应线路(65)包括沿着所述枢轴(83)线性延伸的部分。

3.如权利要求1或2所述的处理系统，其中所述环形管道(63)由所述气体供应线路(65)支撑。

4.如权利要求1至3任一所述的处理系统，其中所述出口(73)沿着所述环形管道(63)的周向均匀地分布。

5.如权利要求1至4任一所述的处理系统，其中所述环形管道(63)的内径(d)，在横向于所述环形管道(63)的枢轴(83)的方向测量，大于0.1mm。

6.如权利要求1至5任一所述的处理系统，其中所述环形管道的内径(d)，在横向于所述环形管道(63)的枢轴(83)的方向测量，大于0.5mm。

7.如权利要求1至6任一所述的处理系统，其中所述环形管道的内径(d)，在横向于所述环形管道(63)的枢轴(83)的方向测量，小于10.0mm。

8.如权利要求1至7任一所述的处理系统，其中所述环形管道的内径(d)，在横向于所述环形管道(63)的枢轴(83)的方向测量，小于5.0mm。

9.如权利要求1至8任一所述的处理系统，其中所述物体保持器(51)的倾斜轴(53)与所述环形管道的当所述环形管道(63)平行于所述物体定向时远离所述物体保持器(51)的一侧之间的距离(a)大于0.5mm。

10.如权利要求1至9任一所述的处理系统，其中所述物体保持器(51)的倾斜轴(53)与所述环形管道的当所述环形管道(63)平行于所述物体定向时远离所述物体保持器(51)的一侧之间的距离(a)大于1.0mm。

11.如权利要求1至10任一所述的处理系统，其中所述物体保持器(51)的倾斜轴(53)与所述环形管道的当所述环形管道(63)平行于所述物体定向时远离所述物体保持器(51)的一侧之间的距离(a)小于4.0mm。

12.如权利要求1至11任一所述的处理系统，其中所述物体保持器(51)的倾斜轴(53)与所述环形管道的当所述环形管道(63)平行于所述物体定向时远离所述物体保持器(51)的一侧之间的距离(a)小于2.0mm。

13.如权利要求1至12任一所述的处理系统，其中所述第一粒子束柱配置成将电子束(5)或者离子束引导至所述相互作用区域(11)。

14.如权利要求1至13任一所述的处理系统，进一步包括第二粒子束柱，其具有用于将第二粒子束沿着所述第二粒子束的束通道引导至所述相互作用区域(11)的聚焦透镜；

其中所述环形管道(63)还环形地围绕所述第二粒子束的所述束通道延伸，并且布置在所述第二粒子束柱的所述聚焦透镜与所述相互作用区域(11)之间。

15.如权利要求1至14任一所述的处理系统，其中所述第二粒子束的所述束通道的方向垂直于所述物体保持器(51)的所述倾斜轴(53)定向。

16.如权利要求14或者15所述的处理系统，其中所述第二粒子束柱配置成将电子束或者离子束(9)引导至所述相互作用区域(11)上。

17.如权利要求14至16任一所述的处理系统，其中所述第一粒子束配置成将电子束(5)引导至所述相互作用区域(11)上，并且所述第二粒子束柱配置成将离子束(9)引导至所述相互作用区域(11)上。

18.如权利要求1至17任一所述的处理系统，其中所述环形管道(63)以圆环形的形式围绕所述第一粒子束的束通道延伸。