CN102812533A - 组合激光器和带电粒子束系统 - Google Patents

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Abstract

一种组合激光器和带电粒子束系统。脉冲激光使得能够以比针对聚焦离子束的可能的材料去除速率大几个数量级的材料去除速率实现样本的铣削。在某些实施例中，扫描电子显微镜使得能够在激光处理期间实现样本的高分辨率成像。在某些实施例中，聚焦离子束使得能够实现样本的更精确铣削。用于在激光铣削期间将成像检测器去激活的方法和结构使得能够去除由于检测器饱和而引起的成像伪像，所述检测器饱和是由于由激光束产生的等离子体羽流。在某些实施例中，采用两种类型的检测器：类型1检测器在用电子或离子束进行样本的扫描期间提供高增益成像，而类型2检测器使得能够在激光铣削期间实现较低增益的成像和端点检测。

Description

组合激光器和带电粒子束系统
本申请要求来自2010年4月7日提交的美国临时申请61/321,539的优先权，该申请通过引用被结合于此。
技术领域
本发明涉及激光束系统与带电粒子束系统的组合。
背景技术
在多种应用中都使用带电粒子束系统，所述多种应用包括诸如集成电路、磁记录头和光刻掩膜的微型器件的制造、修理和检查。带电粒子束包括离子束和电子束。
聚焦射束中的离子通常具有足以通过从表面物理地喷射材料来进行微加工的动量。由于电子比离子轻得多，所以电子束通常局限于通过在蚀刻剂蒸气与衬底之间引发化学反应来去除材料。离子束和电子束两者都能用来以比用最好的光学显微镜能够实现的更大的放大倍率和更高的分辨率来对表面进行成像。
使用镓液态金属离子源（LMIS）的离子束系统由于其能够以高精确度进行成像、铣削、沉积和分析而被广泛用于制造操作中。使用镓液态金属离子源（LMIS）的FIB系统中的离子柱例如能够提供五至七纳米的横向分辨率。由于离子束即使在被用来成像时也趋向于损坏样本表面，所以常常在双束系统中将离子束柱与电子束柱组合。此类系统常常包括能够以对目标的最小损坏提供高分辨率图像的扫描电子显微镜（SEM）和能够用来修改工件并形成图像的诸如聚焦或被塑形射束系统的离子束系统。包括液态金属聚焦离子束和电子束的双束系统是众所周知的。例如，此类系统包括可从本发明的受让人即俄勒冈州（OR）希尔巴罗市（Hillsboro）的FEI公司获得的Quanta（量子） 3D FEG™系统。离子束可以用来例如切割集成电路中的沟槽，并且电子束然后可以用来形成暴露的沟槽壁的图像。
遗憾的是，高精度铣削或样本去除常常需要某些折中。液态金属离子源的处理速率受到射束中的电流的限制。随着电流的增加，更加难以使射束聚焦成小的斑点。在生产应用中和在实验室中，较低的射束电流允许较高的分辨率，但是导致较低的腐蚀速率以及因此的较长的处理时间。随着通过增大射束电流来增大处理速率，降低了处理精度。
此外，即使在较高的射束电流下，聚焦离子束铣削对于某些微加工应用而言仍然可能慢得不可接受。还可以将诸如利用飞秒激光器的铣削的其它技术用于更快的材料去除，但是这些技术的分辨率比典型的LMIS FIB系统低得多。激光器通常能够以比带电粒子束高得多的速率向衬底供应能量，并且因此激光器通常具有比带电粒子束（对于镓FIB来说通常为0.1至3.0μm3/s）高得多的材料去除速率（对于1 kHz的激光脉冲重复率而言通常高达7×106μm3/s）。激光系统将若干个不同的机制用于微加工，包括激光烧蚀，其中，被快速地供应到小体积的能量促使原子从衬底被爆发地发射。用于使用激光束从衬底进行材料的快速去除的所有此类方法在本文中将被共同称为激光束铣削。
图1是烧蚀表面的现有技术激光器的示意性图示10。当产生激光束13的高功率脉冲激光器12被聚焦到由台架15支撑的目标材料14上且激光注量超过用于材料的烧蚀阈值时，目标材料中的化学键断裂且材料破裂成有能量的碎片（通常是中性的原子、分子和离子的混合物），从而在材料表面上产生等离子体羽流16。由于材料作为有能量的等离子体、气体和固体碎屑混合物离开反应区，所以烧蚀过程类似于材料的沸腾蒸发，材料的沸腾蒸发驱使材料碎片18向上并从激光束13所聚焦的点离开。
与带电粒子束处理相比，激光烧蚀能够非常快速地去除相对大量的材料，其中材料去除速率是Ga FIB的大于106倍快。然而，激光的波长比带电粒子束中的带电粒子的波长大得多。由于射束能够被聚焦到的尺寸部分地受到射束波长的限制（尤其是对于衍射受限的光学装置而言），所以激光束的最小斑点尺寸通常大于带电粒子束的最小斑点尺寸。因此，虽然带电粒子束通常具有比激光束更大的分辨率并能够对极小的结构进行微加工，但射束电流受到限制且微加工操作可能慢到不可接受的程度。另一方面，激光微加工通常快得多，但是分辨率固有地受到较长射束波长的衍射限制。
带电粒子束系统与激光束系统的组合能够展示出两者的优点。例如，将高分辨率LMIS FIB与飞秒激光器组合允许将激光束用于快速材料去除以及将离子束用于高精度微加工，以便在同一系统内提供扩展范围的铣削应用。电子束系统的组合单独地或与FIB相结合地允许进行样本的非破坏性成像。
例如在Straw等人的针对“Charged Particle Beam Masking for Laser Ablation Micromachining”（2008年11月26日）的美国专利申请号12/324296中描述了聚焦离子束处理与激光加工的组合，该专利申请被转让给本发明的受让人并通过引用被结合到本文中。美国专利申请号12/324296不应当由于其包括在本背景技术小节中而被认为是现有技术。
使用光纤来将激光耦合到带电粒子束系统中是已知的。然而，光纤不能用来递送超短的（即短于10 ps的脉冲）激光脉冲。这是因为被弱耦合的单模光纤由于群组速度分散而损坏脉冲持续时间，而被很好地耦合到激光脉冲的单模光纤被可通过相对低能量的超短脉冲实现的高峰值功率损坏。
需要的是一种用于将激光束引入到诸如FIB或SEM的带电粒子束系统中、以使得激光束与带电粒子束重合、共轴或邻近的改进的方法和设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于将激光束引入到带电粒子束系统中的改进的方法和设备。根据本发明的优选实施例，能够借助于透明“窗口”将激光束引入到带电粒子系统的真空室中并用一个或多个透镜和/或抛物面反射镜将激光束聚焦到样本上，优选地使得激光束和带电粒子束重合。在某些优选实施例中，聚焦透镜或反射镜可被形成为具有孔以使带电粒子束通过，从而使得带电粒子束和激光束两者能够共轴和共焦。
本发明的另一目的是提供一种用于防止成像检测器（“类型1”检测器）由于由样本表面的激光铣削产生的带电粒子而饱和的方法。
本发明的又一目的是提供第二组检测器（“类型2”检测器），其仅在激光铣削期间和在由激光产生的等离子体羽流正在消散的同时被激活。来自类型2检测器的输出信号可以用来提供用于激光铣削过程的端点检测以及如下信号：该信号指示等离子体羽流已消散得足以将成像检测器重新激活并用成像光栅继续，直至激光器准备好对样本发射另一脉冲。
前述内容已相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解随后的本发明的详细说明。在下文中将描述本发明的附加特征和优点。本领域的技术人员应认识到，可以容易地利用所公开的概念和特定实施例作为基础以修改或设计用于实现本发明的相同目的的其它结构。本领域的技术人员还应认识到，此类等效构造不脱离如随附权利要求所阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更透彻地理解本发明及其优点，现在对结合附图进行的以下描述进行参考，在附图中：
图1是烧蚀表面的现有技术激光器的示意性图示；
图2是根据本发明的优选实施例的组合SEM和激光器的示意性图示；
图3A和3B示出根据本发明的优选实施例的具有共焦激光器的组合双束FIB/SEM；
图4A～4B示出供图3A～3B的实施例使用的激光聚焦透镜定位组件；
图5示出图4A～4B的透镜定位组件的截面；
图6示出本发明的另一优选实施例，其中，经由位于带电粒子的源与样本之间的抛物面反射镜的实施将激光束与带电粒子束组合；
图7示出本发明的另一优选实施例，其中，抛物面反射镜被定位为邻近带电粒子束；
图8示出本发明的另一优选实施例，其中，平面反射镜位于带电粒子的源与样本之间；
图9示出本发明的另一优选实施例，其中，在其中具有孔的透镜位于平面反射镜下面，透镜因此在仍允许带电粒子通过的同时使激光束聚焦到样本上；
图10示出本发明的另一优选实施例，其中，平面反射镜被定位成邻近带电粒子束；
图11示出根据本发明的优选实施例的系统，其将用于快速材料去除的激光器与用于进一步的材料处理的FIB、用于监视材料去除过程的SEM组合，其具有多个类型1检测器；
图12示出用于图11中的优选实施例的操作的流程图；
图13示出根据本发明的优选实施例的系统，其将用于快速材料去除的激光器与用于进一步的材料处理的FIB和用于监视材料去除过程的SEM组合，其中具有多个类型1和类型2检测器；
图14示出用于图13中的优选实施例的操作的流程图；
图15举例说明离轴的类型1检测器的优选实施例中的检测器去激活板的操作；
图16举例说明离轴的类型1检测器的另一优选实施例中的检测器去激活格栅的操作；
图16A是沿着图16的优选实施例中的检测器组件的轴的电压的示意性图表。
图16B是图16的优选实施例中的检测器组件的端视图。
图17举例说明位于带电粒子柱下面的类型1检测器的优选实施例中的检测器去激活板的操作；
图18举例说明位于带电粒子柱下面的类型1检测器的另一优选实施例中的检测器去激活格栅的操作；
图18A是沿着图18的优选实施例中的检测器组件的轴的电压的示意性图表。
图19举例说明在成像期间类型1检测器的激活和类型2检测器的去激活；
图20举例说明在激光脉冲发生和等离子体羽流的消散期间类型1检测器的去激活和类型2检测器的激活；
图21示出来自现有技术系统中的类型1检测器的图像，其示出样本的激光烧蚀与样本的成像之间的干扰；
图22示出图21的中心的特写图像；
图23示出来自现有技术系统中的类型1检测器的图像，其示出在激光注量比图21～22中更高的情况下样本的激光烧蚀和样本的成像之间的干扰；
图24示出图23的中心的特写图像；
图25是针对图21～22中所举例说明的优选实施例的检测器饱和效果的示意性图表；
图26是针对图23～24中所举例说明的示例的检测器饱和效果的示意性图表；以及
图27示出来自根据本发明的优选实施例的系统中的类型1检测器的模拟图像，其显示由于激光烧蚀期间的类型1检测器的去激活在样本的激光烧蚀与样本的成像之间无干扰。
附图意图帮助理解本发明，并且除非另外指明，其并不是按比例绘制的。在附图中，用相同的附图标记来表示在各种图中举例说明的每个相同或几乎相同的组件。为清楚起见，可能并不是在每个图中都标记了每个部件。
具体实施方式
本发明的优选实施例提供一种用于将超短脉冲激光器引入到带电粒子束系统中的改进设备。激光器与带电粒子束系统的组合相比于两者中的任一独立系统而言提供许多优点。例如，将高分辨率液态金属离子源（LMIS）FIB与飞秒激光器组合允许将激光束用于快速材料去除以及将离子束用于高精度微加工，以便在同一系统内提供扩展范围的铣削应用。本发明的优选实施例提供了人们可能在室光学装置中使用以将激光束与带电粒子束组合的许多方法。在下列某些实施例中，经由由对于激光束而言透明的材料形成的窗口将激光束带入真空室中。其中激光器位于真空室内的其它优选实施例也在本发明的范围内。
虽然本领域的技术人员将很容易地认识到许多替换实施例，尤其是根据本文中提供的说明，但本详细说明是本发明的优选实施例的示例，仅仅由所附权利要求来限定本发明的范围。本发明的优选方法或设备具有许多新颖方面，并且由于本发明可以体现在针对不同目的的不同方法或设备中，所以并不是每个方面都需要存在于每个实施例中。此外，所述实施例的许多方面可以是可单独获得专利的。
图2示出包括组合带电粒子束柱201和激光器204的本发明的优选实施例200。如图2的示意性图中所示，来自激光器204的激光束202被位于真空室208内部的透镜206聚焦成会聚激光束220。激光束202通过窗口210进入该室。在图2的实施例中，使用被定位成邻近带电粒子束212的单个透镜206或透镜组（未示出）来使激光束220聚焦，使得激光束220当其在位置216处撞击样本214时与带电粒子束212（由带电粒子束聚焦柱201产生）或者重合且共焦、或者相邻近。
图3A和3B示出包括具有共焦激光器的组合双束FIB/SEM的本发明的优选实施例300。如在图2中，来自激光器（未示出）的激光束302被位于真空室308内部的透镜306聚焦。在图3的实施例中，可以经由透镜定位组件320（“LPA”）来控制激光束302的定位和聚焦，透镜定位组件320可以用来调整透镜306的（在X、Y和Z上的）位置。由激光器产生的射束能够被指引通过LPA窗口322，使得其穿过LPA管324和透镜306。由电子束柱316和聚焦离子束柱317产生的带电粒子束能够在样本314上与激光束302重合。
在图4A～4B中更详细地示出（400）LPA 320。LPA的调整头430可被安装到真空室的外壁（如用虚线432所示的）。XYZ定位器434能够用来沿着X轴（436）、Y轴（437）和Z轴（438）调整透镜和透镜筒组件的位置。在所示的实施例中，手动调整旋钮442和444可用来沿着X轴和Y轴调整透镜组件，同时可以手动地使旋转调整器446旋转以使透镜沿着Z轴移入和移出。沿着X和Y的调整允许将激光束定位于样本上，使得其与带电粒子束之一或它们两者相重合。沿着Z的调整允许将射束精确地聚焦到样本上。还参考图5，波纹管568使得能够在保持透镜筒组件中的真空的同时实现Z调整。本领域的技术人员将认识到的是，虽然在图4A～4B中示出了手动调整手段，但使用已知方法的自动调整也将是可能的。
图5示出LPA 320的截面。激光束302行进穿过窗口322并穿过筒324。可以经由螺栓562将调整头430附着到真空室的外壁432。可以向腔564提供O形环或类似的密封以帮助将调整头与真空室的外壁之间的连接密封。相似地，波纹管568的顶部和底部处的O形环563提供对透镜筒组件的内部的真空密封。
图6示出本发明的另一优选实施例600，其中，可以经由位于带电粒子束612的源（柱601）与样本614之间的抛物面反射镜607的实施来将激光束602与带电粒子束612组合。抛物面反射镜607优选地将在其中具有孔以允许带电粒子束612穿过该反射镜并到达样本。激光束602（由激光器604产生并通过窗口610进入室608）将同时地被反射镜607反射并聚焦到样本614上，使得激光束602和带电粒子束612将是共轴且共焦的。
图7示出本发明的另一优选实施例700，其中，抛物面反射镜707可以被定位为邻近由柱701产生的带电粒子束712。在这种情况下，反射镜707将不需要在其中具有孔。激光束702（由激光器704产生并通过窗口710进入室708）可以被反射并聚焦在样本714上，使得其与带电粒子束712或者重合且共焦、或者相邻近。
在另一优选实施例800中，如图8中所示，可以将平面反射镜807定位在带电粒子束812的源（柱801）与样本814之间。同样，反射镜807优选地将具有孔805以允许带电粒子束812穿过反射镜807并到达样本814。在这种情况下，激光束802（由激光器804产生并通过窗口810进入室808）可以在到达反射镜807之前通过透镜806（或被一组透镜）被聚焦。相对于透镜806（或透镜组），反射镜807优选地将位于透镜806与其在样本814的表面处的焦点之间。因此，激光束802和带电粒子束812同样将是既共轴又共焦的。
在图9的优选实施例900中，在其中具有孔915的透镜906可以位于平面反射镜907（也具有孔905）下面，透镜906因此在依然允许带电粒子束912（由柱901产生）的通过的同时使激光束902（由激光器904产生并通过窗口910进入室908）聚焦到样本914上。此配置也可以使得激光束902和带电粒子束912既共轴又共焦。
在图10中所示的优选实施例1000中，平面反射镜1007可以被定位成邻近带电粒子束1012（由柱1001产生）。在这种情况下，反射镜1007中的孔不是必要的。激光束1002（由激光器1004产生并通过窗口1010进入室1008）优选地被或者位于激光器1004与反射镜1007之间或者位于反射镜1007与样本1014之间的透镜1006聚焦到样本1014上。如果透镜1006位于激光器1004与反射镜1007之间，则反射镜1007优选地应位于透镜1007与其在样本表面1014上的焦点之间。在本实施例中，可以使得激光束1002在样本表面上与带电粒子束1012或者重合并共焦、或者相邻近。
在又一优选实施例中，被定位为邻近带电粒子束的透镜或透镜组优选地是远心透镜（f-θ）。在与位于激光源与透镜之间的扫描反射镜或一组扫描反射镜相组合的情况下，此配置能够提供激光束的图案化和/或扫描。
在包括在反射镜与样本之间没有透镜的情况下的反射镜配置的任何上述优选实施例中，可以以提供激光束的图案化和/或扫描的方式来远程地移动反射镜。可以添加附加的反射镜以提供用于对准或图案化/扫描的附加自由度。此外，在包括透镜或一组透镜作为激光束与样本之间的最终光学元件的任何上述优选实施例中，可以以提供激光束的图案化和/或扫描的方式来远程地移动透镜。
图11示出根据本发明的优选实施例的系统1100，其将用于快速材料去除的聚焦激光束1110（由激光器1106产生）与用于进一步的材料处理的聚焦离子束（FIB）1152（由FIB柱1104产生）和用于监视材料去除过程的电子束1150（由SEM柱1102产生）组合。激光器1106朝着反射镜1110指引激光束1108，反射镜1110反射激光束1108从而形成反射射束1112，反射射束1112通过透明窗口1114被指引到真空室1150中。“透明”意思是指窗口对于所使用的特定类型的激光器的波长而言是透明的。反射镜1110（或类似的反射元件）还可以用来调整激光束1118在样本1120上的位置。透镜1116使激光束1112（其可以是基本上平行的）聚焦成聚焦激光束1118，聚焦激光束1118在样本1120的表面处或其附近具有焦点。激光束1118优选地能够以比被加工的样本1120中的材料的烧蚀阈值大的注量被操作。本发明的实施例可以使用现有的或即将开发的、供应足够注量的任何类型的激光器。优选的激光器包括短的、纳秒至飞秒的脉冲激光束。适当的激光器包括例如Ti:Sapphire振荡器或放大器、基于光纤的激光器、或者掺镱或铬的薄盘激光器。
烧蚀阈值是衬底材料的本征性质，并且技术人员可以容易地根据经验或根据文献来确定各种材料的烧蚀阈值。硅衬底例如具有约170 mJ/cm2的单脉冲烧蚀阈值，并且因此依照本发明的优选实施例，激光注量优选地应刚好在此值之上以便对硅进行微加工。优选的激光束具有在10 nJ至1 mJ范围内的能量和在0.1 J/cm2至100 J/cm2范围内的注量。在用于对硅衬底进行铣削的一个优选实施例中，激光束具有190 mJ/cm2的注量、150飞秒的脉冲持续时间以及2 μm的光斑尺寸。在另一实施例中，激光束具有50 nJ的脉冲能量和0.4 J/cm2的注量。
样本1120通常位于精密台架（未示出）上，其优选地可以在X-Y平面内平移样本，并且更优选地还可以沿着Z轴平移工件，以及能够在制造三维结构时使样本倾斜和旋转以获得最大的柔性。系统1100可选地包括一个或多个带电粒子束柱，诸如电子束柱1102、离子束柱1104或它们两者，其能够用来对样本进行成像以监视激光烧蚀过程或者用于其它处理（诸如FIB铣削）或成像任务。离子束柱1104通常形成离子束1152，其可以被聚焦到在激光束1118的焦点处或其附近的样本表面1120上。FIB柱1104还可以能够在衬底表面上扫描离子束1152以执行成像和/或FIB铣削。系统1100还可以包括用于供应前体气体的喷气1130系统，所述前体气体在存在电子束1150或聚焦离子束1152的情况下与衬底1120进行反应。
如在现有技术中众所周知的，电子束柱1102包括用于产生电子的电子源（未示出）和用于形成良好聚焦的电子束1150的电子-光学透镜（未示出），所述良好聚焦的电子束1150可以被用于样本表面1120的SEM成像。可以借助于偏转线圈或板（未示出）将电子束1150定位于样本1120的表面上，并且能够在该表面上进行扫描。由电源和控制单元（未示出）来控制透镜和偏转线圈的操作。应注意的是，透镜和偏转单元可以通过电场、磁场或其组合的使用来操纵电子束。
样本室1150优选地包括用于在真空控制器（未示出）的控制下使用高真空和机械泵送系统来将样本室抽空的一个或多个气体出口。样本室1150优选地还包括一个或多个气体进口，通过该气体进口能够以期望的压力将气体引入到室中。
激光束1118通常是脉冲激光束，优选地具有在100 Hz和10 kHz之间的重复率，并且更优选地具有在500 Hz和1500 Hz之间的重复率。在激光器的操作期间，中性原子、分子、电子和离子的混合物1124由于激光束1118的撞击而离开样本1120的表面，从而在样本表面1120之上产生等离子体羽流1126。由于材料作为有高能量的等离子体、气体和固体碎屑的混合物而离开反应区，所以烧蚀过程类似于材料的沸腾蒸发并趋势材料碎片1124向上且从激光束1118被聚焦的点离开。
大量电子和离子（等离子体羽流）的此突然产生可能易于使被用于成像的任何带电粒子检测器饱和。带电粒子束系统通常对通过带电粒子束与样本的撞击产生的次级粒子采用一个或多个检测器。这些检测器常常以高信号增益为特征，其通常是提供足够高的信噪比以进行样本的快速成像所必需的。由烧蚀过程产生的带电粒子的相对大的通量将易于使这些次级粒子成像检测器饱和达可感知的时段（例如> 10 μs）。此饱和可能导致伪像（例如白斑或条纹），这使得与激光铣削同时进行而获得的衬底的图像降低质量。
本发明的优选实施例的一个目的是防止在本文中被表征为“类型1检测器”的带电粒子检测器的此饱和。类型1检测器被定义为被配置成检测由于带电粒子束的撞击而从样本发射的后向散射电子、次级电子或次级离子中的一个或多个的检测器（通常具有在1000x以上的增益）。这些信号电流通常比由激光束1118产生的电子和离子的电流1124低几个数量级。因此，申请人已经发现如果类型1检测器由于激光烧蚀而被暴露于粒子电流1124，则可能发生信号饱和和/或对类型1检测器的损坏。因此，本发明的优选实施例的目的是防止在诸如系统1100的典型带电粒子成像和/或处理系统中发现的此信号饱和和/或对多个类型1检测器的损坏。
在图11中，多个类型1检测器包括检测器1132、1136和1140。第一类型1检测器1132优选地位于FIB束1152、电子束1150和激光束1118的侧面，并且被暴露于由激光束1118与样本1120的撞击产生的电子和/或离子的一部分。适当的检测器类型的示例包括闪烁体-光电倍增器检测器、通道倍增器或固态（P-I-N二极管）检测器。另一类型1检测器1136优选地位于SEM柱1102的底部处。检测器1136可以包括例如具有用于供电子束1150通过以至样本1120的中心孔的通道电子倍增器板。另一类型1检测器1140优选地被安装在SEM柱1102内。检测器1140可以包括例如闪烁体-光电倍增器检测器。典型的系统1100可以在每个位置1132、1136和1140处包括一个或多个类型1检测器。检测器1132、1136和1140优选地分别通过线缆1134、1138和1142连接到类型1检测器控制器1152。类型1检测器控制器1152使得能够当在系统中不存在激光束1118或等离子体羽流1126时实现类型1检测器的激活以及还有刚好在发射激光脉冲之前的类型1检测器的去激活。下面参考图12更详细地对此进行描述。
可以采用用于将类型1检测器去激活的各种方法，包括但不限于：
1）向类型1检测器的收集表面施加排斥偏压，从而防止粒子的收集；
2）向接近于类型1检测器的收集表面或跨类型1检测器的收集表面而安装的筛网或格栅结构施加排斥偏压，从而防止粒子的收集；
3）关掉类型1检测器内的一个或多个内部电压，从而减少或消除该检测器的增益（例如光电倍增管上的偏压或者跨通道倍增器或多通道板的偏压）；或者
4）向被安装在样本与类型1检测器之间的一个或多个偏转电极施加电压以便避免粒子到检测器收集表面的传输。
用于激活类型1检测器的方法本质上将与上述可能性相反，在所有情况中，导致类型1检测器再次能够从样本收集次级和/或后向散射的粒子。优选的是，用于使能类型1检测器去激活和激活的方法和结构具有快速的循环时间，使得可以在类型1检测器的去激活和激活状态之间快速地进行切换。典型的类型1检测器激活和去激活时间可以在从100ns至10μs的范围内，并且更优选地在100ns与2μs之间。图15～18举例说明用于以离轴且在带电粒子柱下面的方式被定位的类型1检测器的检测器去激活和激活的示例性结构和电压。
图12示出了用于图11中的优选实施例的操作的流程图1200，该优选实施例包括多个类型1检测器（为了清楚起见，未示出检测器如何被激活和去激活的细节）。在方框1202中，新的成像和激光处理过程从类型1检测器中的一个或多个的激活、射束的增辉以及扫描光栅的启动开始。随着在方框1204中射束移动（通常以光栅模式）跨越样本表面，次级和/或后向散射粒子从表面被发射并被类型1检测器收集以提供成像信号，诸如SEM操作期间的次级电子（SE）和/或后向散射电子（BSE）信号或FIB操作期间的次级离子（SI）信号。判定框1206监视诸如图11中的激光器1106的激光器的状态，以确定激光器是否准备好发射。典型的脉冲激光器在每个激光脉冲之后具有用以恢复的最小时间；此恢复时间决定最大激光重复率。一旦激光器已经从前一脉冲恢复，则其准备好再次发射。在某些情况下，可能期望最大的发射率，在这种情况下，一旦激光器准备就绪，则系统（诸如图1中的系统1100）将以最小的延迟过渡至方框1208。在其它情况下，在发射下一个激光脉冲之前可能期望进一步的成像，在这种情况下，系统将在过渡至方框1208之前在激光器准备好再次发射之后留在方框1204中达一定的附加时段。一旦激光器准备好发射，并且操作员或系统想要发射激光，则扫描光栅被停止且类型1检测器被去激活。然而，在这两个条件都被满足之前，系统将一直在方框1204中继续使用一个或多个类型1检测器来获取图像数据。这时可以（可选地）使带电粒子束消隐（blanked）。
一旦类型1检测器已通过去激活被保护免受等离子体羽流（诸如图11中的羽流1126）的潜在有害的影响，则能够在方框1210中向样本发射一个或多个连续激光束脉冲。对于图11中的实施例而言，在方框1212中，优选地0.1至10μs的预定延迟时段将在前进至方框1214时到期。此延迟时段允许等离子体羽流扩散或消散离开样本，从而如上所述地保护类型1检测器。如本文所使用的，将使用羽流的扩散或消散来指代达如下这样的程度的扩散或消散：即，即使由激光束铣削产生的某些粒子可能仍存在，类型1检测器也将不再由于羽流中的粒子而饱和和/或被损坏。在延迟时段之后，在方框1214中，通过将类型1检测器重新激活并使扫描光栅从光栅在方框1208中被停止的X-Y位置继续来使系统恢复至成像模式。判定框1216监视朝向扫描光栅的完成的进展，如果光栅未完成则返回至方框1204，而如果光栅完成则退出至方框1218。在优选实施例中，将检测器去激活、使激光脉冲对准样本、等待羽流消散以及将检测器重新激活的整个过程将仅花费几微秒，例如小于100μs。事实上，对于在激光铣削发生时观看样本的图像的操作员而言，用带电粒子束进行的铣削和成像优选地将看起来是同时的。
图13示出根据本发明的优选实施例的系统1300，其被配置为如在图11中一样，但是其中添加了分别通过线缆1362和1366连接到类型2检测器控制器1378的多个“类型2”检测器1360和1364。类型2检测器能够在没有饱和和/或损坏的风险的情况下从等离子体羽流1126收集电子和离子（参见图20）。典型的类型2检测器可以包括法拉第杯或具有比类型1检测器低得多的增益（通常1x至100x）的其它类型的检测器。在一个优选实施例中，可以接近于激光束1118的焦点来安装第一类型2检测器1360，以便在样本处对着足够大的立体角以收集来自羽流1126的电子和负离子的可感知的部分（利用相对于样本的正偏压）。此类检测器的安装和定位在现有技术中是已知的，并且本领域的技术人员将认识到的是，来自羽流的电子和负离子的可感知部分将是大到足以允许羽流被准确地表征的部分。
可以将第二类型2检测器1365安装为远离检测器1360并使其负偏置以收集来自羽流1126的正离子的可感知部分。如下所述，类型2检测器可以使得能够实现用于激光烧蚀过程的端点检测。
在成像期间，优选的是类型2检测器不收集次级电子或离子或后向散射电子，因为这将降低用于成像的高信噪比。因此，在不存在羽流1126的情况下，优选的是在类型1检测器被激活的同时将类型2检测器去激活。相反，刚好在激光脉冲之前和在激光脉冲之后的时段期间，当在样本之上仍存在等离子体羽流时，期望的是将类型1检测器去激活，如上文参考图11～12所讨论的。将类型2检测器激活以从等离子体羽流收集信号可以提供若干类型的信息：
1）指示样本上面的等离子体羽流的存在的信号，以及因此的在此期间不期望激活类型1检测器以保护类型1检测器免受饱和和/或损坏的条件；
2）指示等离子体羽流已经消散至允许类型1检测器的重新激活和样本成像的继续的水平的信号；
3）端点确定信号，其允许操作员或系统确定激光烧蚀过程已经向下铣削至预定端点的时刻，所述预定端点诸如材料的底层等。
在针对“Method and Apparatus for Laser Machining”（2009年7月9日）的美国专利申请号61/079,304中描述了用于激光加工的端点确定过程，该专利申请被转让给本发明的受让人并由此通过引用被合并。一种类型的端点信号可以是用于处理期间的样本分析的光电子产量光谱（PYS）信号。在PYS中，激光束引发光电子的发射，所述光电子可以被类型2检测器中的一个或多个收集以提供关于每个激光脉冲产生的电子和离子的数目的信息。此数目指示当前正在被激光烧蚀的材料并因此可以充当端点确定信号和/或分析工具。
可以通过施加偏压来激活类型2检测器以收集来自等离子体羽流的电子或离子，如下文参考图20所讨论的。可以通过去除这些收集偏压来实现类型2检测器去激活，如下文参考图20所讨论的。
图14示出用于图13的优选实施例的操作的流程图1400，该优选实施例包括多个类型1和类型2检测器两者（为了清楚起见，未示出如何将各个类型1和类型2检测器激活和去激活的细节）。在方框1402中，新的成像和激光处理过程从类型1检测器中的一个或多个的激活、类型2检测器的去激活、射束的增辉以及扫描光栅的启动开始。随着在方框1404中射束移动（通常以光栅模式）跨越样本表面，次级和/或后向散射粒子被从表面发射并被类型1检测器收集以提供成像信号，诸如SEM操作期间的次级电子（SE）和/或后向散射电子（BSE）信号或FIB操作期间的次级离子（SI）信号。判定框1406监视激光器的状态以确定激光器是否准备好发射。一旦激光器准备好发射，并且操作员或系统想要发射激光，则进入方框1408。在这两个条件都被满足之前，系统可以一直在方框1404中继续使用一个或多个类型1检测器来获取图像数据。
在方框1408中，停止扫描光栅，将类型1检测器去激活，并且可以将类型2检测器中的一个或多个激活。这时可以（可选地）使带电粒子束消隐。一旦类型1检测器已通过去激活被保护免受等离子体羽流的潜在有害的影响，则能够在方框1410中向样本发射一个或多个连续激光束脉冲。对于图13中的实施例而言，在方框1412中，优选地0.1至10μs的预定延迟时段将在系统继续之前到期。另外，系统还监视类型2检测器的输出以检测等离子体羽流是否已消散。
在优选实施例中，只有当（1）自从激光脉冲被发射起已经发生了最小预定延迟时段、以及（2）类型2检测器未检测到等离子体时，系统才将继续至方框1414。该最小延迟时段能够被用作在类型2检测器给出等离子体已消散的错误信号的情况下对类型1检测器的备份保护。一旦这两个条件都已被满足，则在方框1414中，通过将类型1检测器中的一个或多个重新激活、将类型2检测器去激活并使扫描光栅从该光栅在方框1408中被停止的X-Y位置继续来使系统恢复至成像模式。判定框1416监视朝向扫描光栅的完成的进展，如果光栅未完成则返回至方框1404，而如果光栅完成则退出至方框1418。如上述方法的情况一样，在优选实施例中，将类型1检测器去激活、将类型2检测器激活、使激光脉冲对准样本、等待羽流消散、将类型2检测器去激活并将类型1检测器重新激活的整个过程将仅花费几微秒，例如小于100μs。事实上，对于在激光铣削发生时观看样本的图像的操作员而言，利用带电粒子束进行的铣削和成像将优选地看起来是同时的。
图15举例说明离轴的类型1检测器（诸如图11和13中的检测器1132）的优选实施例中的包括检测器去激活板1508和1510的检测器组件1500的优选实施例。检测器组件1500包括位于检测器去激活板1508和1510后面、分别通过线缆1514和1516连接至类型1检测器控制器1152（在图11和13中示出）的检测器1502。检测器1502通过线缆1512连接至类型1控制器。检测器组件1504内的板1508和1510可以是平面的，或者可以包括具有如所示地施加的正偏压和负偏压的圆弧。
检测器板1508和1510可以通过基本上减少或防止如电子（或负离子）轨迹1532和离子轨迹1530所指示的电子和离子两者到检测器1502的传送来执行类型1检测器去激活功能。板1510上的负电压从诸如图11和13中的羽流1126的等离子体羽流收集正离子。板1508上的正电压从等离子体羽流收集电子和负离子。结果，只有来自等离子体羽流的中性粒子可能撞击检测器1502。可以通过将到检测器1502的入口配置成不在等离子体羽流的视距内来减少或基本上消除此中性通量。为了激活离轴类型1检测器，板1508和1510上的电压将被设置成基本上等于到检测器1502的入口上的电压。
图16举例说明离轴类型1检测器（诸如图11和13中的检测器1132）的另一实施例中的检测器去激活格栅1608和1610的操作1600。检测器组件1604包括位于检测器去激活格栅1608和1610后面、分别通过线缆1614和1616连接至类型1检测器控制器1152（在图11和13中示出）的检测器1602。检测器1602通过线缆1612连接至类型1控制器。
在图16A中，沿着检测器组件1604的轴的电压的示意性图表1660举例说明组合的格栅1608上的正电压和格栅1610上的负电压如何防止正离子（轨迹1630）及电子和负离子两者（轨迹1632）的传送。示出了电子和负离子，所述电子和负离子在通过格栅1610之前逆转方向，并且这些带负电的粒子的一部分可能撞击正偏置的格栅1608。从格栅1608发射的任何次级或后向散射粒子将由于格栅1610上的负偏压而不能够到达到检测器1602的入口。只有来自等离子体羽流的中性粒子可能撞击检测器1602。如图15的检测器组件的情况一样，可以通过将到检测器1602的入口配置成不在等离子体羽流的视距内来减少或基本上消除此中性通量。为了激活离轴类型1检测器1604，两个格栅1608和1610上的电压将被设置成基本上等于到检测器1602的入口上的电压。
在图16B中，示出了看向检测器1604中的端视图。通过入口开口1606，将只有第一格栅1608是可见的。
图17举例说明位于带电粒子柱的底部下面的类型1检测器（诸如图11和13中的检测器1136）的优选实施例中的检测器去激活板1708和1710的操作。类型1检测器组件1700包括位于检测器去激活板1708和1710之上的一对多通道板（MCP）1704和1706（采取典型的双人字纹配置），检测器去激活板1708和1710分别通过线缆1714和1716连接到类型1检测器控制器1152（在图11和13中示出）。MCP 1704和1706分别通过线缆1712和1713连接到类型1控制器。在MCP 1704之上，示出了带电粒子柱的下端1702。本发明的本优选实施例的附加的显著益处可以是：来自等离子体羽流的污染物在柱的底部上以及还向上在柱内部的沉积的显著减少。这种类型的污染有时形成电阻性沉积物，其能够对带电粒子束充电并使其偏转。
通过电子轨迹1732和离子轨迹1730来举例说明显著减少或防止电子和离子两者从样本1780到MCP 1706的传送的类型1检测器去激活功能。板1710上的负电压从诸如图11和13中的羽流1126的等离子体羽流收集正离子。板1708上的正电压从等离子体羽流收集电子和负离子。只有来自等离子体羽流的中性粒子可能撞击MCP 1706。为了激活离轴类型1检测器1704，两个板1708和1710上的电压将被设置成基本上等于到检测器1706的入口上的电压。
图18举例说明位于带电粒子柱下面的类型1检测器（诸如图11和13中的检测器1136）的另一优选实施例中的检测器去激活格栅1808和1810的操作。类型1检测器组件1800包括位于去激活格栅1808和1810之上的一对多通道板（MCP）1804和1806（采取典型的双人字纹配置），去激活格栅1808和1810分别通过线缆1814和1816连接到类型1检测器控制器（未示出），诸如图11和13中的控制器1152。MCP 1804和1806分别通过线缆1812和1813连接到类型1控制器。在MCP 1804之上，示出了带电粒子柱的下端1802。如在图17中一样，本发明的本优选实施例的附加的显著益处可以是：来自等离子体羽流的污染物在柱的底部上以及还向上在柱内部的沉积的显著减少。
图18A示出了沿着类型1检测器组件的轴的电压的示意性图表1860，其举例说明组合的格栅1808上的正电压和格栅1810上的负电压如何防止正离子（图18中的轨迹1830）及电子和负离子两者（图18中的轨迹1832）从样本1880的传送。示出了电子和负离子，所述电子和负离子在通过格栅1810之前逆转方向。这些带负电的粒子的一部分可能撞击正偏置格栅1808。从格栅1808发射的任何次级或后向散射粒子将由于格栅1810上的负偏压而不能够到达到MCP 1806的入口。只有来自等离子体羽流的中性粒子可能撞击MCP 1806。为了激活离轴类型1检测器，两个格栅1808和1810上的电压将被设置成基本上等于到MCP 1806的入口上的电压。
位于带电粒子柱内的类型1检测器（诸如图11和13中的检测器1140）可以利用带电粒子柱内（在柱的下端与检测器1140之间）的一个或多个预先存在的电极来使电子和离子偏转离开柱中的类型1检测器入口。图15～18举例说明类型1检测器的示例性优选实施例，然而，用于将类型1检测器去激活和激活的其它结构和方法也在本发明的范围内。
图19举例说明成像期间的类型1检测器（位于柱的底部下面）的激活和类型2检测器的去激活1900。在这里示出了来自图18的类型1检测器以及分别通过线缆1950和1952连接到类型2检测器控制器1378（在图13中示出）的两个类型2检测器1910和1912。在成像期间，如在图14的方框1402中所述，通过如图19中所示的那样向检测器收集端施加0 V来将类型2检测器去激活。因此，在样本1880与类型2检测器1910和1912之间不存在用以将电子或离子吸引到类型2检测器中的电场。由于次级和后向散射粒子通常从主要带电粒子束1902撞击样本1880的位置1908向上行进而出现，因此次级和后向散射粒子的仅一小部分将被检测器1910和1912收集。次级和/或后向散射粒子的大得多的一部分1932将通过格栅1808和1810而被MCP 1806收集。
图20举例说明图19中的柱配置2000，其示出了在激光脉冲发生2002期间和等离子体羽流2045的消散期间类型1检测器的去激活和类型2检测器的激活。检测器去激活格栅1808和1810如在图18中一样被偏置，以保护类型1检测器（包括多通道板1806和1804）免于可能由在位置2008处撞击样本1880的表面的激光束2002产生的电子以及负离子1832和正离子1830的大通量。格栅1808和1810的去激活功能如图18中所示。向类型2检测器1910的收集端施加正偏压以从等离子体羽流2045收集电子和负离子2032。向类型2检测器1912的收集端施加负偏压以从等离子体羽流2045收集正离子2030。检测器1910和1912之间的电压差产生平行于样本1880的表面的电场，其用于在与不存在类型2检测器的情况（例如图11中的配置）相比更短的时间内“吹走”等离子体羽流2045，因此，类型2检测器的添加具有通过减少保护类型1检测器所需的时间（例如，图14中的方框1412和1414）来改善吞吐量的附加益处。类型2检测器的另一益处是保护诸如类型1检测器和用于使激光束聚焦的透镜（诸如图3A～4B中的透镜306）的系统内结构免受源自于等离子体羽流的可能损坏。被正或负偏置的类型2检测器收集的那部分等离子体羽流不能到达且不可能损坏这些检测器和结构。
图21示出来自类型1检测器的图像2100，其举例说明样本的激光烧蚀与样本的成像之间的干扰。在图22中以特写镜头示出了图像2100的中心处的小区域，即虚线白色正方形2106。射束沿着X轴2102向右扫描，因此，由于检测器的饱和产生的白色条纹与在左侧的最亮像素（在激光脉冲期间）水平并（随着等离子体羽流的消散）向右衰退。Y轴（竖直向下）2104是光栅的慢扫描方向。在本示例中，类型1检测器在激光脉冲期间或在等离子体羽流消散时未被去激活，因此来自由每个激光脉冲引发的等离子体羽流的电子和离子使检测器饱和。随着射束沿着每个扫描行朝向右侧水平地扫描，来自等离子体羽流的带电粒子被检测器收集，从而引起在2206处开始并以延伸经过点2208的逐渐衰退向右侧延伸的白色像素（最大强度）。在激光脉冲之间，类型1检测器恢复并能够提供高信噪比图像。下面的图25是两个激光脉冲之前、期间和之后的图像强度的示意性图表。
图23示出来自类型1检测器的图像2300，其举例说明针对比图21～22中的前一示例更高的激光束强度的样本的激光烧蚀与样本的成像之间的干扰。在图24中以特写镜头示出了图像2300的中心处的小区域，即虚线正方形2306。射束沿着X轴2302向右扫描，因此，由于检测器的饱和产生的白色条纹与在左侧的最亮像素（在激光脉冲期间）水平并（随着等离子体羽流的消散）向右衰退。Y轴（竖直向下）2304是光栅的慢扫描方向。在本示例中，类型1检测器在激光脉冲期间或等离子体羽流消散时未被去激活，因此，来自由每个激光脉冲引发的等离子体羽流的电子和离子使检测器饱和—由于这里的与图21～22中的示例相比更高的激光强度，所以检测器饱和的程度大得多，从而导致每个激光脉冲之后的用于类型1检测器的更长的恢复时间（还参见图24）。白色像素（最大强度）在2406处开始并以延伸经过点2408的非常渐进的衰退远远地向右延伸。不同于图21～22中的情况，在激光脉冲之间，类型1检测器不能完全恢复，因此整个图像比图21～22的更亮。下面的图26是两个激光脉冲之前、期间和之后的图像强度的示意性图表。
图25是检测器饱和的效果的示意性图表，其中没有针对图21～22中所示的情况的类型1检测器去激活。图像强度（在Y轴2504上）被绘制作为时间（在X轴2502上）的函数。X轴被示出为在数据中有中断2530，以允许以期望的标度在同一图表上示出激光脉冲2506和2508处的图像饱和。时间2506处的第一激光脉冲之前的图像强度2514是非饱和的。强度曲线的虚线部分2516表示正确的图像强度，即使用本发明的各种实施例将被显示的强度，所述各种实施例在激光脉冲期间和在等离子体羽流消散时使能类型1检测器去激活。然而，由于缺少检测器去激活，实际上向系统操作员显示的是不正确的强度曲线，其包括快速上升2520、后面是多个饱和像素2522（全部显示出最大强度2512）、后面是逐渐的强度降低2524，其最后到达非饱和图像强度曲线2518。然后强度曲线将被检测器正确地确定，直至时间2508处的下一个激光脉冲。激光脉冲之间的时间间隔2580通常可以是0.5至2.0 ms。
图26是检测器饱和的效果的示意性图表，其中没有针对图23～24中所示的情况的类型1检测器去激活。图像强度（在Y轴2604上）被绘制作为时间（在X轴2602上）的函数。X轴被示出为在数据中有中断2630，以允许以期望的标度在同一图表上示出激光脉冲2606和2608处的图像饱和。时间2606处的第一激光脉冲之前的图像强度2614是非饱和的。强度曲线的虚线部分2616表示正确的图像强度，即使用本发明的各种实施例将显示的强度，所述各种实施例在激光脉冲期间和在等离子体羽流消散时使能类型1检测器去激活。然而，由于缺少检测器去激活，所以实际上向系统操作员显示的是不正确的强度曲线，其包括快速上升2620、后面是多个饱和像素2622（全部显示出最大强度2612）。图26示出由于增大的激光脉冲功率而比在图25中看到的显著更长的饱和时段。显示出至正确的非饱和水平的强度降低的曲线在图26中也由于更大的检测器饱和程度而更长且更加渐进。曲线2624最后到达非饱和图像强度曲线2618。然后强度曲线将被检测器正确地确定，直至时间2608处的下一个激光脉冲。由于检测器内的更长期的恢复效果，针对曲线2618的图像强度表现出平均检测器信号水平的一定增大和对比度的损失。激光脉冲之间的时间间隔2680通常可以是0.5至2.0 ms。
图27示出来自体现类型1检测器的去激活的系统中的类型1检测器的图像2700，显示出样本的激光烧蚀与样本的成像之间没有干扰。快扫描轴2702是水平向右的，并且慢扫描轴2704是竖直向下的。在图12或14的流程图中所述的任一方法将允许通过从刚好在每个激光脉冲之前延伸至直到等离子体羽流已消散之后的时段内的去激活来保护类型1检测器免于饱和。
本发明具有广泛的适用性，并且能够提供如以上示例中所述和所示的许多益处。本实施例将根据特定的应用而大大地改变，并且不是每个实施例都将提供可由本发明实现的所有益处并达到所有目的。虽然许多前述说明是针对处理半导体器件或晶片，但本发明可以应用于任何适当的衬底或表面。适合于实现本发明的粒子束系统可从例如本申请的受让人FEI公司购买到。类型2检测器可以包括次级离子质谱仪（SIMS），以在激光处理期间提供更精确的端点确定信号。虽然附图示出了在真空系统外面的激光器，但具有在真空系统内的激光器的系统配置也在本发明的优选实施例的范围内。
虽然本发明的以上描述主要针对将激光与带电粒子束系统组合的设备，但应认识到的是，使用此类设备的方法也将在本发明的范围内。此外，应认识到的是，本发明的实施例能够经由计算机硬件、硬件和软件两者的组合或通过存储在非瞬时计算机可读存储器中的计算机指令来实现。根据本说明书中所述的方法和图，可以使用标准编程技术在计算机程序中实现所述方法-所述标准编程技术包括配置有计算机程序的非瞬时计算机可读存储介质，其中，这样配置的存储介质使计算机以特定和预定义的方式进行操作。可以以高级程序性的或面向对象的编程语言来实现每个程序以与计算机系统通信。然而，如果需要，可以以汇编或机器语言来实现程序。在任何情况下，语言可以是编译的或解释的语言。此外，程序可以在专用集成电路上运行，该专用集成电路出于该目的被编程。
此外，可以在任何类型的计算平台中实现方法，包括但不限于：个人计算机，微型计算机，主机，工作站，联网或分布式计算环境，单独的、被集成到带电粒子工具或其它成像设备或与之通信的计算机平台，等等。可以以存储在存储介质或器件上的机器可读代码来实现本发明的各方面，无论其是可移动的还是被集成到计算机平台的，诸如硬盘、光学读和/或写存储介质、RAM、ROM等，使得其可被可编程计算机读取，以便在由计算机读取存储介质或器件以执行本文所述的程序时配置和操作该计算机。此外，可以通过有线或无线网络来传送机器可读代码或其各部分。本文所述的发明包括这些及其它各种类型的计算机可读存储介质（当此类介质包含用于与微处理器或其它数据处理器相结合地实现上述步骤的指令或程序时）。本发明还包括根据本文所述的方法和技术被编程时的计算机本身。
可以将计算机程序应用于输入数据以执行本文所述的功能并从而对输入数据进行变换以产生输出数据。输出信息被应用于诸如显示监视器的一个或多个输出设备。在本发明的优选实施例中，变换后的数据表示物理和有形对象，包括在显示器上产生物理和有形对象的特定可视描述。
本发明的优选实施例还利用诸如FIB或SEM的粒子束设备以便使用粒子束对样本进行成像。用来对样本进行成像的此类粒子固有地与样本相交互，导致一定程度的物理转变。此外，遍及本说明书，利用诸如“计算”、“确定”、“测量”、“生成”、“检测”、“形成”等的术语的讨论还指代计算机系统或类似电子设备的动作和过程，所述计算机系统或类似电子设备操纵被表示为计算机系统内的物理量的数据并将其变换成被相似地表示为计算机系统或其它信息存储、传输或显示设备内的物理量的其它数据。
在前述讨论和权利要求中，以开放方式来使用术语“包括”和“包含”，并且因此应将其解释为意指“包括但不限于…”。除非另外指明，在本申请中可互换地使用术语“工件”、“样本”、“衬底”和“样品”。术语“集成电路”指的是在微芯片的表面上被图案化的一组电子部件及其互连（共同地为内部电路元件）。术语“半导体器件”一般指的是可以被集成到半导体晶片、从晶片被分割或被封装以在电路板上使用的集成电路（IC）。术语“FIB”或“聚焦离子束”在本文中用来指代任何准直离子束，包括被离子光学装置聚焦的射束和被塑形的离子束。此外，每当在本文中使用术语“自动”、“自动化”或类似术语时，那些术语将被理解为包括自动或自动化过程或步骤的手动发起。
在本说明书中未具体地定义任何术语的程度上，意图是对术语给定其普通且平常的意义。附图意图帮助理解本发明，并且除非另外指明，并不是按比例绘制的。
虽然已详细地描述了本发明及其优点，但应当理解的是，在不脱离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下可以对本文所述的实施例进行各种变更、替换和修改。此外，本申请的范围并不意图局限于本说明书中所述的步骤、方法、装置、物质的组成、制造、机器和过程的特定实施例。如本领域的技术人员将容易地从本发明的公开认识到的，根据本发明，可以利用执行与本文所述的相应实施例基本上相同的功能或实现基本上相同的结果的目前存在或稍后将开发的过程、机器、制造、物质的组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求意图在其范围内包括这样的过程、机器、制造、物质的组成、装置、方法或步骤。

Claims (49)

1.一种带电粒子束系统，包括：
真空室；
工件支撑体，其用于支撑真空室内的工件；
离子束系统，其包括用于产生离子的离子源和用于将离子形成为在工件处具有亚微米直径的射束的聚焦柱；
电子束系统，其包括用于产生电子的源和用于将电子形成为在工件处具有亚微米直径的射束的聚焦柱；以及
激光系统，其用于在真空室中的工件上进行操作，该激光系统包括透镜并产生具有大到足以从工件去除材料的能量的脉冲激光束，该激光束被聚焦元件聚焦到所述样本上，使得带电粒子束中的至少一个和激光束在所述样本上重合。
2.权利要求1的带电粒子束，还包括；
第一检测器，其用于检测由于带电粒子束的撞击而从工件发射的次级粒子；以及
第一检测器控制器，其被配置成在激光束被聚焦到样本上之前将第一检测器去激活以使得第一检测器将不会由于由激光束铣削产生的粒子而饱和，并且在激光束铣削完成且由激光铣削产生的粒子已消散之后将第一检测器重新激活。
3.权利要求2的带电粒子束系统，其中，将第一检测器去激活包括向第一检测器的收集表面施加排斥偏压，从而防止由激光束铣削产生的粒子的收集。
4.权利要求2的带电粒子束系统，其中，将第一检测器去激活包括关掉第一检测器内的一个或多个内部电压，从而减小或消除第一检测器的增益。
5.权利要求2的带电粒子束系统，其中，将第一检测器去激活包括向被安装在工件与第一检测器之间的一个或多个偏转电极施加电压以便防止粒子到第一检测器的传送。
6.权利要求2的带电粒子束系统，其中，将第一检测器激活包括向第一检测器的收集表面施加吸引偏压，从而使由于带电粒子束的撞击而从工件发射的粒子被吸引到收集表面。
7.权利要求2的带电粒子束系统，其中，第一检测器包括位于一对检测器去激活板后面的检测器，使得要检测的粒子必须在所述检测器去激活板之间通过，并且其中，能够通过使一个检测器去激活板偏置至负电位并使另一检测器去激活板偏置至正电位来将检测器去激活，使得带电粒子将被吸引到检测器去激活板而不是撞击检测器。
8.权利要求7的带电粒子束系统，其中，能够通过使检测器去激活板偏置至与检测器基本上相同的电压来将检测器激活。
9.权利要求2的带电粒子束系统，其中，第一检测器包括位于带电粒子束柱下面在带电粒子束轴上的多通道板，其中，该多通道板位于一对去激活格栅之上，使得要检测的粒子必须通过所述检测器去激活格栅，并且其中，能够通过使一个检测器去激活格栅偏置至负电位并使另一检测器去激活格栅偏置至正电位来将检测器去激活，使得带电粒子将被吸引到检测器去激活格栅而不是撞击检测器。
10.权利要求2～9中的任一项的带电粒子束系统，其中，第一检测器是具有至少1000x的信号增益的第一检测器类型。
11.权利要求2～10中的任一项的带电粒子束系统，其中，所述第一检测器包括闪烁体-光电倍增器检测器、通道倍增器或固态检测器。
12.权利要求2～11中的任一项的带电粒子束系统，还包括第一检测器类型的至少一个附加检测器。
13.权利要求2～12中的任一项的带电粒子束系统，其中，在激光束铣削完成且由激光铣削产生的粒子已消散之后将第一检测器重新激活包括在激光束铣削完成且0.1至10μs的延迟时段已到期之后将第一检测器重新激活。
14.权利要求2～13中的任一项的带电粒子束系统，还包括：第二检测器类型的第二检测器，其用于检测由于激光束的撞击而从工件发射的粒子，所述第二检测器具有低到足以使得其将不会由于由激光束铣削产生的粒子而饱和的增益。
15.权利要求14的带电粒子束，还包括；
第二检测器控制器，其被配置成在激光束被聚焦到样本上之前将第二检测器激活并在激光束铣削完成且由激光铣削产生的粒子已消散之后将第二检测器去激活。
16.14～15中的任一项的带电粒子束系统，其中，第一检测器控制器被配置成在从第二检测器接收到指示由激光铣削产生的粒子已消散的信号时将第一检测器重新激活。
17.权利要求14～15中的任一项的带电粒子束系统，其中，第一检测器控制器被配置成在从第二检测器接收到指示由激光铣削产生的粒子已消散且0.1至10μs的延迟时段已到期的信号时将第一检测器重新激活。
18.权利要求14～17中的任一项的带电粒子束系统，其中，所述第二检测器类型是具有100x或以下的增益的检测器。
19.权利要求14～18中的任一项的带电粒子束系统，其中，所述第二检测器包括法拉第杯。
20.权利要求14～19中的任一项的带电粒子束系统，其中，所述第二检测器被安装为接近于激光束的焦点。
21.权利要求14～20中的任一项的带电粒子束系统，包括第二检测器类型的至少一个附加检测器。
22.权利要求21的带电粒子束系统，包括第二检测器类型的至少一个附加检测器，并且其中，所述第二检测器类型的至少一个附加检测器被安装为接近于激光束的焦点但与第二检测器的位置相对。
23.权利要求22的带电粒子束系统，其中，通过使第二检测器和第二检测器类型的所述至少一个附加检测器中的一个偏置至负电压并使另一个偏置至正电压以产生与样本的表面平行的电场来将所述第二检测器激活。
24.前述权利要求中的任一项的带电粒子束系统，其中，所述激光系统位于真空室外面且激光束经由透明窗口进入真空室中。
25.前述权利要求中的任一项的带电粒子束系统，其中，所述激光束聚焦元件是抛物面反射镜。
26.前述权利要求中的任一项的带电粒子束系统，其中，所述激光束聚焦元件是透镜。
27.权利要求26的带电粒子束系统，还包括用以将激光束指引到样本上的平面反射镜。
28.权利要求27的带电粒子束系统，其中，所述透镜位于激光系统与反射镜之间。
29.前述权利要求中的任一项的带电粒子束系统，其中，所述激光束和所述带电粒子束两者是共轴且共焦的。
30.前述权利要求中的任一项的带电粒子束系统，其中，能够调整所述激光聚焦元件的位置以将激光束定位并聚焦到样本上。
31.前述权利要求中的任一项的带电粒子束系统，其中，所述激光束聚焦元件位于带电粒子束中的至少一个的路径中并具有穿过聚焦元件的孔以允许所述至少一个带电粒子束通过聚焦元件而到达样本。
32.前述权利要求中的任一项的带电粒子束系统，其中，所述聚焦元件是允许激光束的图案化和/或扫描的远心透镜。
33.前述权利要求中的任一项的带电粒子束系统，其中，所述激光束在不使用光纤的情况下被指引到所述样本室中。
34.前述权利要求中的任一项的带电粒子束系统，其中，所述激光器包括超短脉冲激光器。
35.一种带电粒子束系统，包括；
真空室；
工件支撑体，其用于支撑真空室内的工件；
带电粒子束系统，其包括用于产生带电粒子的带电粒子源和用于将带电粒子形成为在工件处具有亚微米直径的射束的聚焦柱；
用于在真空室中的工件上进行操作的激光系统，该激光系统包括透镜并产生具有大到足以通过激光束铣削从工件去除材料的能量的脉冲激光束；
所述激光束被真空室内部的聚焦元件聚焦到样本上，使得带电粒子束中的至少一个和所述激光束在样本上重合；
第一检测器，其用于检测由于带电粒子束的撞击而从工件发射的次级粒子；以及
第一检测器控制器，其被配置成在激光束被聚焦到样本上之前将第一检测器去激活以使得第一检测器将不会由于由激光束铣削产生的粒子而饱和，并且在激光束铣削完成且由激光铣削产生的粒子已消散之后将第一检测器重新激活。
36.权利要求35的带电粒子束系统，还包括；
第二检测器，其用于检测由于激光束的撞击而从工件发射的粒子，所述第二检测器具有低到足以使得其将不会由于由激光束铣削产生的粒子而饱和的增益。
37.权利要求36的带电粒子束系统，还包括；
第二检测器控制器，其被配置成在激光束被聚焦到样本上之前将第二检测器激活并在激光束铣削完成且由激光铣削产生的粒子已消散之后将第二检测器去激活。
38.权利要求36～37中的任一项的带电粒子束系统，其中，第一检测器控制器被配置成在从第二检测器接收到指示由激光铣削产生的粒子已消散的信号时将第一检测器重新激活。
39.权利要求36～38中的任一项的带电粒子束系统，其中，所述激光系统位于真空室外面且激光束经由透明窗口进入真空室中。
40.一种用于工件的激光处理的方法，包括步骤：
将工件加载到包括带电粒子束系统和激光系统的系统中；
将带电粒子束指引到工件上；
通过使用第一检测器来检测由于带电粒子束的撞击而从工件发射的次级粒子来对工件进行成像；
将第一检测器去激活；
用激光系统来产生脉冲激光束并使激光束聚焦到工件上，该脉冲激光束具有大到足以通过激光束铣削从工件去除材料的能量，并且该激光束被聚焦到工件上直至期望量的材料已被去除；
在由激光铣削产生的粒子已消散之后将第一检测器重新激活；以及
将带电粒子束重定向以对工件进行成像。
41.权利要求40的方法，还包括；
在将第一检测器去激活之后，通过使用第二检测器来检测由于激光束的撞击而从工件发射的粒子。
42.权利要求41的方法，其中，在由激光铣削产生的粒子已消散之后将第一检测器重新激活包括在从第二检测器接收到指示由激光铣削产生的粒子已消散的信号时将第一检测器重新激活。
43.权利要求41的方法，其中，所述第二检测器在工件被第一检测器成像时被去激活并在第一检测器被去激活之后被激活。
44.权利要求40～43中的任一项的方法，其中，将第一检测器去激活包括在第一检测器上放置电荷，使得在激光束铣削期间产生的带电粒子将不会被吸引到第一检测器。
45.权利要求43的方法，其中，将第二检测器去激活包括在第二检测器上放置电荷，使得由于带电粒子束的撞击而从工件发射的带电粒子将不会被吸引到第二检测器，并且其中，将第二检测器激活包括在第二检测器上放置电荷，使得在激光束铣削期间产生的带电粒子将不会被吸引到第二检测器。
46.权利要求41～45中的任一项的方法，其中，使激光束聚焦到工件上直至期望量的材料已被去除包括使激光束聚焦到工件上，直至从第二检测器接收到指示已经到达铣削端点的信号。
47.权利要求46的方法，其中，指示已经到达铣削端点的所述信号包括指示被激光铣削去除的材料的变化的信号。
48.权利要求40～47中的任一项的方法，其中，对工件进行成像包括用带电粒子束开始光栅扫描，直至激光束准备好发射，并且随后停止带电粒子束的扫描，其中，一旦激光器准备就绪，则射束被聚焦到样本上达期望的持续时间，并且其中，将带电粒子束重定向以对工件进行成像包括在扫描被停止的相同坐标处重新开始扫描。
49.权利要求48的方法，其中，所述步骤序列是在小于100μs内完成的。
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