CN103779159A - 与粒子束柱整合的减速场分析器 - Google Patents

Abstract

一种减速场分析器使用带电粒子束系统的现有部件，消除了对插入单独的减速场分析器装置的需要。使用现有柱的部件减少了分析束所需的时间。使用现有柱的成像能力便于束与分析器的对准。

Description

与粒子束柱整合的减速场分析器

本申请要求2012年10月25日提交的美国临时申请号61/718,684的优先权，该申请通过引用结合于此。

发明技术领域

本发明涉及带电粒子束装置并且更具体地涉及一种用于分析带电粒子束的减速场分析器。

发明背景

对于带电粒子束而言，如电子束系统和聚焦离子束（FIB）系统，束质量对成像性能而言非常重要。具体地，粒子动能的一致性是一项重要的质量。理想地，束中的所有粒子具有完全相同的动能。具有不同能量的粒子聚焦在不同的点上，由此在工件上放大束的光斑尺寸并降低分辨率。这被称为像差。为了评价束中的粒子能量的一致性，重要的是能够测量粒子动能在束中的分布。还会重要的是确定束中的粒子的绝对能量。通常通过减速场分析器（RFA）测量绝对能量和能量分布。

为了测量束能量和/或能量分布，RFA被临时地插入到聚焦柱下游的带电粒子束系统内。增量地增加减速场强度，并且测量每次增量地增加场强度后穿过该减速场的束电流。最终，增强后的减速场将足够强大来阻止该束中的所有粒子穿过该场。RFA通常包括滤光镜或栅极，向该滤光镜或栅极施加电压以产生减速场。使用RFA需要在聚焦柱后安装附加设备，这需要额外的费用。RFA需要附加真空电馈通器件和接线以连接该附加设备、高度稳压的外部电源以及某种类型的束检测器。将RFA投入运行需要大量时间。

因为在减速元件处的束能量非常低，所以束容易受到干扰，使得精确的束对准对减少测量误差而言很重要。RFA通常将束引导至法拉第杯内并且不具有成像能力，所以会难于检验该束与RFA准确地对准。

发明概述

本发明的目的是提供一种用于带电粒子束系统的减速场分析器。

本发明使用带电粒子束系统的现有元件来提供减速场能量分析。光学柱的聚焦透镜用于提供整合到该柱的减速场分析器。在一些实施例中，柱的成像能力可以用于使束对准，以便用于分析。可以例如使用连接到法拉第杯上的电流计通过观察工件的影像的灰度级或者通过测量台电流来测量减速元件后的束电流。

为了可以更好地理解以下本发明的详细说明，上文已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点。下文将描述本发明的附加特征和优点。本领域技术人员应认识到所披露的概念和具体实施例可容易地用作改进或设计用于实施本发明相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应认识到这些同等构造不脱离如随附权利要求中所阐明的本发明的精神和范围。

附图简要说明

为了更加彻底地理解本发明和本发明的优点，现在结合附图参考以下说明，其中：

图1示出了根据本发明实施例的带电粒子束系统的示意图；

图2A为一个流程图，示出了一种用于在进行减速场分析前使柱对准的方法的步骤。图2B示出了根据本发明的一个实施例使用减速场分析器的步骤；

图3示出了在体现本发明的减速场分析器内带电粒子束的模拟；

图4示出了由于施加在本发明的一个实施例的透镜上的不同电压值引起的透镜内从光学中心线放射状地向外至透镜元件的电势；

图5示出了针对一种透镜设计的束的中心（r = 0）处的电势与束半径处的电势之间的差值，作为束半径进入透镜内的半径的函数；

图6示出了针对具有半径在0 mm（金属板没有孔）和2 mm之间的透镜孔的按具体透镜的模型确定的电势阱的深度；以及

图7示出了灰度级（GL）VS减速电势的曲线图、以及该曲线图的导数。

优选实施方案的详细描述

定义注释：当引用带电粒子束装置时，术语“前”和“后”与粒子行进的方向有关，所以如果元件B放置在元件A后，则粒子在穿过或另外地遇到B之前先穿过元件A。

本发明的一个实施例包括具有与其聚焦柱整合的减速场分析器（RFA）的聚焦离子束（FIB）系统100以及一种使用该聚焦离子束系统的方法。技术人员将认识到本发明可以概括其他聚焦离子束（FIB）系统、电子束系统（如电子显微镜）以及其他带电粒子束装置。参见图1，FIB系统100包括产生离子束114的离子源112，如液态金属离子源或等离子体离子源。FIB系统100包括可选的第一静电聚焦透镜115（被称为“透镜1”）和第二静电聚焦透镜116（被称为“透镜2”），该第一静电聚焦透镜包括上部透镜元件115A、中心透镜元件115B以及下部透镜元件115C，该第二静电聚焦透镜包括上部透镜元件116A、中心透镜元件116B以及下部透镜元件116C。

上部透镜元件116A以及下部透镜元件115C和116C通常保持在接地电势，并且相对于地面，中间透镜元件115B和116B可以是或者正的或者负的；由此创造所示的等电势线118A和118B。透镜元件115A处于与束电压减去引出电压相等的电势下，通常为30,000 V减去10,000 V，或者为20,000 V。在一些实施例中，可以将上部透镜元件116A和下部透镜元件115C和116C设置在除了接地以外的电势下。精确可调的、高度稳定的电源120为中间透镜元件116B设置电压。在一些实施例中，电源120能够比没有整合RFA的带电粒子束系统内的典型电源产生更高的电压和更高的精度。孔径117限制了束114的尺寸。偏转器122用于经常以光栅图样引导束以加工和形成目标物的影像。偏转器122还用于将束电子地定位在目标物上，无论该束是否为光栅扫描。转向偏转器通常为偶极子装置，一个用于x偏转并且一个用于y偏转，尽管可以使用使束同时沿x和y偏转的八极组件。

台130被适配成用于支撑样品131。次级电子检测器132响应于离子或电子轰击响应来接收从样品或其他目标物发射出来的次级电子，由此允许通过使次级电子电流的强度与该束在光栅扫描内的位置相关联来形成影像以及形成在其中每个点上的灰度级与次级电子电流相对应的影像。法拉第杯134位于台130的边缘附近并且电连接到灵敏的电流计138上，以便测量进入法拉第杯134内的带电粒子的电流。电流计138及其连接到法拉第杯134上的方式优选地使得电流变化小于2皮安或者更优选地小于可以测量到的1皮安。在一个优选实施例中，可以测量到小于100毫微微安的电流变化。为了降低噪音，将电流计放置成靠近法拉第杯134，这限制了电阻并且避免了感应电压，并且该电流计和法拉第杯134之间的电连接优选地是通过三同轴电缆136或其他低噪音连接器。

图1的带电粒子束柱通常为常规的静电带电粒子束柱。本发明的优选实施例使用该带电粒子束柱的现有聚焦透镜来提供减速场分析器的减速场，由此排除了对重新配置该柱和添加附件设备的需要。在一些实施例中，可以修改常规透镜电源以提供更高的电压和/或高分辨率。能量分析器的分辨率部分取决于电源可以提供的电压增量的最小规模。所希望的用于特定实现方式的分辨率通常取决于正在测量的束的能量扩展度。不同类型的离子源具有不同的能量扩展度。例如，液态金属离子源的典型能量扩展度为约5 eV，等离子体离子源的典型能量扩展度为约20 eV，并且磁光阱离子源（MOTIS）的典型能量扩展度为0.100 eV或以下。能量分析器优选地具有能量扩展度的至少二十分之一的分辨率。即，在具有液态金属离子源的柱中使用的能量分析器将优选地具有大于0.25 eV的分辨率并且需要能够以0.25 V或以下的阶跃提高电压的电源。在具有等离子体离子源的柱中使用的能量分析器将优选地具有大于1.0 eV的分辨率并且需要能够以1.0 V或以下的阶跃提高电压的电源。在具有MOTIS的柱中使用的能量分析器将优选地具有大于0.005 eV的分辨率并且需要能够以0.005 V的阶跃提高电压的电源。在要求较低的应用中，可以接受束能量的十分之一或更小的电压增量规模，而在其他应用中，可能希望的是束能量扩展度的十三分之一或更小的增量规模。

例如，电源可以提供增量小于约1.0 V的电压设置，如小于约0.5 V，小于约0.3 V，或者小于约0.1 V，以便提供更高的束能量的分辨率测量值。较小的增量电压阶跃会需要更精密的数模转换器（DAC），如一个或多个使用总计至少16位的DAC，例如，18位DAC或32位DAC。一些实施例使用了一堆不止一个DAC，例如，用一个范围在0 kV至35 kV的16位DAC以及另一个将同一电源控制在1 kV范围内的16位DAC，以便为能量分析获得所希望的分辨率。

在一些实施例中，在减速场分析的过程中可以降低带电粒子束的加速电压，从而使得所需要的中心透镜元件电压在现有电源的能力内。还可以降低加速电压，从而使得所需要的中心透镜元件的电压不至于高到在一些具有较小透镜元件间隙的聚焦透镜系统内导致产生电弧。束的纵向能量扩展度不随着加速电压或柱长的变化而发生显著变化，所以在较低的束能量下确定的纵向能量扩展度可以用于确定在更高操作束能量下的束能量扩展度。

中心透镜元件通常具有例如约5 mm的孔直径。束直径在透镜孔处通常为约0.1 mm。该透镜元件内的电势将和施加在该透镜元件上的电压不相同，并且该电势在透镜孔内不均匀。为了确定束的能量，需要在该束穿过透镜内位置上确定减速场的值。可以通过模拟确定透镜内的场。以下图4至图6中示出了一些模拟的结果，以下对此进行了更加详细的描述。为了确定束的能量扩展度而非能量的绝对值，不需要精确地确定沿光轴的电势。例如，当确定来自等离子体源的束的能量（其中，束能量与施加在系统组件上的电压不完全相同）时，确定绝对能量校准是有用的。

在测量束的能量前，需要使束对准。图2A为用于使束对准的步骤的流程图。束与减速场的精确对准是重要的，因为随着施加在中心透镜元件上的电压的升高，中心透镜元件处的带电粒子的能量减小。当束能量非常小时，在透镜聚焦场内可以轻易使带电粒子偏转离轴。出于该原因，使束正确地集中于减速场上会是重要的，从而使得进入透镜减速场离轴将不会折中能量分析。

用于RFA的束对准通常包括两个部分：如框202中所示的透镜的正常对准以及如框204中所示的接近截止电势的透镜的对准。在一些实施例中，可以如此良好地机械对准光学柱，使得可以跳过部分对准过程，特别是接近截止电势的束的对准。在步骤206中，移动样品台，从而使得可观察的特征在带电粒子束的光栅图样内。使用次级电子检测器132以及用在其正常模式（例如，用于FIB系统的约30 keV束着陆能量）下操作的聚焦柱形成影像。中心透镜元件116B上的电压可以是例如约18,000 V，而上部透镜元件116A和下部透镜元件116C通常接地。例如，所形成的影像可以是法拉第杯134的顶部。当偏转器122在法拉第杯顶部的孔上扫描束时，在部分扫描过程中该束进入该杯内。在该杯的底部上生成的次级电子将逃出该杯并且将因此不被检测器132检测到。因此，部分光栅扫描（在其过程中该束进入该法拉第杯中的孔内）将呈现黑色。当该束撞击法拉第杯的金属顶部时，将生成并且将检测到次级电子—因此，该杯的顶部将显得更亮。因此，通过该束在该杯的顶部进行光栅扫描而成的影像将是一个更亮的、在中心附近具有黑孔的矩形。

在步骤208中，中心透镜元件116B上的聚焦电压是“不稳定的（wobbled）”，即，或许为10 V到15 V的轻微变化，并且观察该影像。如果在决策块210中发现该影像横向移动，则在步骤212中通过调节离子源和/或透镜位置来机械地或通过移动该束来电子地调节该柱的对准。在决策块210中，电压再次不稳定，并且观察该影像，看其是否移动。当聚焦电压不稳定时，继续该调节和观察序列直到该影像不再横向移动，这表明对准了该柱并且完成了正常对准。

正常对准后，如块204中所示，再次将该柱对准成接近截止电势，即，透镜的中心元件接近束能量。在步骤220中，透镜115被调节成用于提供准直束114。在步骤222中，将孔径117插入束路径中，该孔径具有穿过用于能量分析的足够电流所必需的最小直径。孔径直径与透镜元件（115B）上的电压的组合还决定了进入透镜116的束包络的最大直径，这决定了如下所述的和图5中所示的能量分辨率。在步骤224中，将中心元件116B上的电压调节成接近加速电压，但仍允许所有带电粒子穿过。在步骤226中，中心透镜元件116B上的聚焦电压是不稳定的，并且观察该影像。在决策块228中，如果发现该影像横向移动，则在步骤230中通过移动该束电子地调节该柱的对准。在决策块228中，电压再次不稳定，并且观察该影像看其是否移动。当聚焦电压不稳定时，继续该调节和观察序列，直到该影像不再横向移动，这表明该柱被对准成接近截止电压。该束被对准成在正常操作电压下和接近截止电压后，按步骤232中所示进行减速场分析。

慢慢调节透镜元件116B上的聚焦电压，从而使得其开始切断束电流。在这种条件下，如果扫描束，将不会有聚焦影像，而是一片大的白色圆形模糊。随着透镜元件116上的电压逐渐提高并切断该束，该白色圆形模糊缩小并逐渐消失。发生这种情况是因为该束在扫描透镜中的鞍点上进行扫描并且在影像中看到鞍截止。如果该圆形模糊对称地收缩，则该束与透镜中的鞍点对准。如果不对称地收缩，则需要通过偏转组件122重新引导该束以实现该条件，该偏转组件由束转向板和束偏转（光栅扫描和图样形成）板组成。

图2B示出了根据本发明的一个实施例进行减速场分析的步骤。在步骤240中，移动该台，从而使得法拉第杯的中心轴或在束电流确定中使用的任何其他装置处于带电粒子束下方。在步骤242中，停止光栅扫描。在步骤244中，将中心透镜元件116B上的电压调节至接近加速电压的电压，但仍允许所有带电粒子穿过。该束大致穿过透镜116的中心，并且该透镜的中心内的电势将稍微低于透镜元件116B处施加的电压。例如，如果将30,000 V的电压置于中心透镜元件116B上，则沿透镜元件116B的中心内的光轴的电势会更接近29,700 V。因为在标称30 keV的束中的能量扩展度通常小于100 V，所以当30,000 V施加在该中心透镜元件上时，基本上该束中的所有带电粒子将穿过该透镜。

在步骤246中，使用法拉第杯和电流计138或提供关于束电流（如灰度级或台电流）信息的任何其他类型测量装置测量束电流。图7（以下进行了更加详细的描述）示出了通过灰度级确定的束电流。在决策块248中，系统确定束电流是否为零。如果束电流为零，即，如果减速场阻止了所有带电粒子，则完成了用于分析的数据采集。然后可以比较中心透镜元件116B上不同电压等级下的电流，以便确定束能量或束能量扩展度。如果电流不为零，则在步骤250中提高中心元件116B的电压并且在步骤246中再次测量电流。所用的增量将取决于用于能量分析所希望的分辨率并且取决于电压供给的分辨率。例如，该增量可以是1.0 V、0.5 V、0.3 V或0.1V。可以希望中心透镜元件116B上的电流VS电压的曲线图是一种与误差函数类似的形状。

图3示出了带电粒子束穿过在略低于截止电压的电压下的中心透镜元件116B时的建模。图3示出了透镜元件116A、116B和116C以及场线302。在减速场分析过程中施加在中心电极元件116B上的电压比在正常聚焦操作过程中施加在透镜元件116B上的电压高得多。该高电压引起位于中心透镜元件116B内的束交叉304以及影像表面处的第二交叉306。

可以就各种评价指标对能量分析器的性能进行评估。一个最值得注意的评价指标是分辨率VS接受尺寸。接受大的束尺寸导致较低的分辨率而接受较小的束尺寸导致更高的分辨率。在优选实施例中，在进入RFA的束尺寸产生所希望的分辨率的一组条件下操作RFA。大多数静电带电粒子束透镜包含鞍形场，从而使得轴向电势低于施加在透镜元件上的电压。图3示出了中间透镜元件116B和304处的光轴中心之间的电势降。例如，对于长5 mm并且孔半径为2 mm的中间元件116B的条件而言，最大轴向电势为29,989.85 V，来自施加在该中间中间元件上30,302.5 V电压

确定透镜内的电势，人员必须不仅关注透镜中心内沿透镜轴的电压还要关注电势的离轴变化。图4示出了透镜内由于施加在中心透镜元件上的不同电压值引起的从透镜轴放射状地向外延伸至透镜元件的点上的电势。从图4中可以看出施加在中间透镜元件上不同电压在鞍形场的顶点处的离轴电势，具体为30,000 V；30,100 V；30,200 V；以及30,300 V。

束能量跨透镜孔的变化导致束直径限制分析器的分辨率，因为束边缘处的带电粒子将产生与束中心中的带电粒子不同的减速电势。图5示出了针对一种透镜设计的r = 0处的鞍点电势与鞍点束半径处的电势之间的差值，作为进入透镜内的束半径的函数。对于具有带有半径为2 mm的孔的长5 mm的中间元件的透镜几何体而言，针对给定的束能量分辨率，人员可以从图5中确定进入透镜内的最大允许束半径。例如，100 μm的半径束不能确定其能量分辨率优于1.05 V。类似地，不能将进入透镜半径为50 μm的束的能量分辨率确定为小于0.4 V。类似地，可以理解到，对于进入透镜离轴的束而言，图5中所示的电势偏移降低了RFA分辨率。因此，令人希望的是使用上述对准程序或其他对准方法保证良好的束对准。

图6示出了鞍形场的深度如何随着透镜孔的直径变化。具体地，图6为5 mm长的透镜元件116B示出了施加在透镜元件上的电压与鞍形场（按电势阱的深度定义）中的轴向电势之间的差值VS透镜孔半径。可以看出，对于这种具体透镜设计而言，最大轴向电势为近似300 V，低于施加在透镜孔半径为2 mm的透镜元件上的电压。

如图4、图5和图6所示，优选地小心地使进入透镜2内的束对准和聚焦，从而使得带电粒子在透镜中心附近穿过该透镜，以便使电场的轴变化的影响最小化。

不是使用法拉第杯134和电流计138测量电流，可以将束引导向样品（如半导体晶片），并且可以从该束生成的次级电子电流中推断出束电流。可以检测次级电子电流作为台电流或作为二次电子影像的灰度级。图7示出了测量灰度级（实心矩形）VS第二透镜元件116B上的电压的曲线图。如图7中所示，随着透镜元件116B上的电压的提高，灰度级降低至零，其中，数据点逼近误差函数402。图7还示出了测量灰度级的导数（空心矩形），该导数逼近高斯函数404。有关的能量扩展度的细节不仅是函数的宽度还有尾部。在该导数（空心矩形）中，人员可以看到不对称的能量尾部。在另一个实施例中，当电子地偏置该台以抑制次级电子发射时，通过测量台电流来确定束电流。然后该台电流将仅表示初级束电流。

本发明的实施例可以用于例如评价FIB装置的设计变化。例如，如果将能量过滤器添加到FIB以便实现离子动能值更大的一致性，则整合RFA的聚焦柱116可以用于测量由于此设计变化引起的束改进。

本发明的实施例允许在原位测量束的能量和能量扩展度，而不需要将发射器从柱中移出并且不需要打开该柱以添加附加测量设备。可以在不必打开真空室来移出或重新配置设备的情况下，分析能量或能量扩展度，并且然后带电粒子束系统可以用于加工样品，。因此，本发明的实施例可以用于测试发射器的运行，或者定期监控发射器的运行和老化，或者如果认为有问题时用于故障查找。例如，如果FIB装置100具有受热离子源（如液态金属离子源（LMIS）或单个元件受热离子源）时，整合RFA的聚焦柱116可以用于定期评价束114以保证经过一段时间后液态金属蒸发不由于加热元件而导致过热，由此导致束114的特征变化。相同的工艺可以用于评价等离子体离子源的运行，如美国专利号7,241,361中所述的电感耦合等离子体源。本发明可以用于检验或将柱内能量过滤器调谐至所希望的束能量扩展度。

虽然以上实施例描述了将透镜上的电压从基本上所有带电粒子穿过透镜时所在的电压提高至基本上没有带电粒子穿过透镜时所在的电压，但电压可以从基本上没有粒子穿过透镜开始，并且然后增量地降低电压，直到基本上所有粒子穿过透镜。在一些实施例中，不需要在全电流和无电流之间的全范围上扫描电压，但可以在部分范围上扫描电压。而且，不需要离散地提高电压，但电压可以用连续的方式变化。

根据一些实施例，一种分析包括带电粒子源和静电聚焦透镜的粒子光学柱内的带电粒子束的能量的方法包括：从该带电粒子源中提取带电粒子；将这些带电粒子引导向该静电聚焦透镜；向该静电聚焦透镜的元件上施加电压，以使这些带电粒子减速；增量地改变该元件上的电压以改变穿过该静电透镜的带电粒子的数量；以及检测通过该静电聚焦透镜的带电粒子束电流以确定该束中带电粒子的能量或能量分布。

在一些实施例中，向静电透镜的元件施加电压包括：施加基本上使所有带电粒子穿过的电压；以及增量地改变该元件上的电压包括提高该元件上的电压，直到基本上没有带电粒子束穿过该静电透镜。

在一些实施例中，该方法进一步包括：将静电透镜元件上的电压降低至适用于对样品进行带电粒子加工的聚焦电压；以及将该带电粒子束引导向样品表面，以便加工样品，在不将该带电粒子源移出粒子光学柱的情况下完成所有步骤，从而使得可以在不将该带电粒子源移出粒子光学柱的情况下进行能量分析和后来的加工两者。

在一些实施例中，静电透镜上的电压产生减速场并且进一步包括使束与该减速场对准。在一些实施例中，使束对准包括当施加在元件上的电压在300伏特的截止电压内时使该束对准。在一些实施例中，使束对准包括当静电透镜元件提供双交叉时使该束对准，一个交叉在该透镜内并且一个交叉在样品的平面处。在一些实施例中，使束对准包括当初级束冲击目标物时通过观察由所发射的次级电子形成的影像来使该束对准。在一些实施例中，观察影像包括形成法拉第杯的影像以使束与该法拉第杯的顶部内的孔对准。

在一些实施例中，检测穿过静电聚焦透镜元件的带电粒子束电流包括使用法拉第杯和电流计测量该带电粒子束电流。在一些实施例中，检测穿过静电聚焦透镜元件的带电粒子束包括使用电偏置台检测台电流，从而抑制次级电子并测量初级离子束电流。在一些实施例中，形成法拉第杯或其他样品特征的影像以使束与法拉第杯的顶部内的孔对准包括：改变光学柱的聚焦电压；以及观察该影像是否横向移动，并且如果该孔的影像随着焦点的变化而横向移动，则调节该束相对于该透镜的中心的位置，直到该孔或其他样品特征的影像不再随着焦点的变化而横向移动。

在一些实施例中，检测穿过静电透镜元件的带电粒子束电流包括检测次级电子影像的灰度级。在一些实施例中，增量地改变元件上的电压包括每次提高的过程中改变小于束能量扩展度的二十分之一。在一些实施例中，增量地改变元件上的电压包括在每次提高过程中改变该电压小于0.5 V。在一些实施例中，该方法进一步包括确定带电粒子束内的带电粒子束能量或能量分布低于0.5 V分辨率。

在一些实施例中，该方法进一步包括基于所测量的来自带电粒子束源的带电粒子的能量对带电粒子束源的操作进行调节以优化性能。在一些实施例中，该粒子源是液态金属离子源，该液态金属离子源具有流经对该液态金属进行加热的加热元件的加热器电流，并且其中，所测量的能量分布用于确定是否改变该加热器电流。

根据本发明的一些实施例，一种聚焦粒子束系统，包括：带电粒子源；被放置成用于从该源上接收粒子的聚焦柱，该聚焦柱包括静电聚焦透镜，该静电聚焦透镜用于使带电粒子聚焦到工件上以便对该工件进行加工；电压可调电源，该电源电连接到所述静电透镜上并且能够以小于0.5伏特的增量调节第二静电透镜电压；以及检测器，该检测器用于测量穿过静电透镜的带电粒子束电流。

在一些实施例中，该聚焦粒子束系统进一步包括计算机存储器，该计算机存储器存储计算机指令以自动地提高该静电透镜上的电压，直到没有带电粒子穿过该静电透镜；以及在每次提高时对穿过该静电透镜的带电粒子电流的指示进行记录。

在一些实施例中，该检测器包括次级电子检测器，该次级电子检测器用于响应于初级带电粒子束的冲击来检测从该样品射出的次级电子，并且其中，对带电粒子束电流的指示器进行记录包括记录灰度级。

在一些实施例中，该检测器包括电流计，该电流计能够将电流测量至小于2皮安的精度并且被配置成用于测量被引导至法拉第杯的束电流或者台电流。在一些实施例中，该检测器包括法拉第杯，能够在该束下方移动该法拉第杯以便用于减速场分析并且能够将其移离该束以允许该束对工件进行加工。在一些实施例中，该电流测量装置通过低噪声电连接器电连接到该法拉第杯或该台上。

在一些实施例中，该电压可调电源能够以小于0.15伏特的增量调节第二静电透镜电压。在一些实施例中，该电压可调电源包括一个或多个具有总计大于16位的数模转换器，以便在该静电透镜元件上提供电压。

虽然已经详细描述了本发明及其优点，但是应理解到，在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在此进行各种变化、代替以及改变。而且，本发明的范围并非旨在局限于在本说明书中所述的工艺、机器、制造物、和物质的组合物、手段、方法以及步骤的具体实施例。如本领域的普通技术人员将从本发明的披露中轻易认识到的，可以根据本发明利用现有的或往后要开发的、大体上执行相同功能或大体上实现和此处所述的对应实施例相同结果的工艺、机器、制造物、物质的组合物、手段、方法以及步骤。相应地，所附权利要求书是旨在于将此类工艺、机器、制造物、物质的组合物、手段、方法或步骤包括在它们的范围内。

Claims (25)

1.一种分析包括带电粒子源和静电聚焦透镜的粒子光学柱内的带电粒子束的能量的方法，包括：

从该带电粒子源中提取带电粒子；

将这些带电粒子引导向该静电聚焦透镜；

向该静电聚焦透镜的元件施加电压，以使这些带电粒子减速；

增量地改变该元件上的电压以改变穿过该静电透镜的带电粒子的数量；以及

检测通过该静电聚焦透镜元件的带电粒子束电流以确定该束中带电粒子的能量或能量分布。

2.如权利要求1所述的方法，其中：

向该静电透镜的元件施加电压包括施加基本上使所有带电粒子穿过的电压；以及

增量地改变该元件上的电压包括提高该元件上的电压，直到基本上没有带电粒子束穿过该静电透镜。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

将该静电透镜元件上的电压降低至适用于对样品进行带电粒子处理的聚焦电压；以及

将该带电粒子束引导向样品表面，以便处理样品，在不将该带电粒子源移出粒子光学柱的情况下完成所有步骤，从而使得可以在不将该带电粒子源移出粒子光学柱的情况下进行能量分析和后来的处理两者。

4.如权利要求1所述的方法，其中，该静电透镜上的电压产生减速场并且进一步包括使该束与该减速场对准。

5.如权利要求4所述的方法，其中，使该束对准包括当施加在该元件上的电压在300伏特的截止电压内时使该束对准。

6.如权利要求4或权利要求5所述的方法，其中，使该束对准包括当该静电透镜元件提供双交叉时使该束对准，一个交叉在该透镜内并且一个交叉在该样品的平面处。

7.如权利要求4或权利要求5所述的方法，其中，使该束对准包括当初级束冲击目标物时，通过观察由所发射的次级电子形成的图像来使该束对准。

8.如权利要求7所述的方法，其中，观察图像包括形成法拉第杯的图像以使该束与该法拉第杯的顶部内的孔对准。

9.如权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中，检测穿过该静电聚焦透镜元件的带电粒子束电流包括使用法拉第杯和电流计测量该带电粒子束电流。

10.如权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中，检测穿过该静电聚焦透镜元件的带电粒子束电流包括使用电偏置台检测台电流，从而抑制次级电子并测量初级离子束电流。

11.如权利要求8所述的方法，其中，形成该法拉第杯或其他样品特征的图像以使该束与该法拉第杯的顶部内的孔对准包括：

改变该光学柱的聚焦电压；以及

观察该图像是否横向移动，以及

如果该孔的图像随着焦点的变化而横向移动，则调节该束相对于该透镜的中心的位置，直到该孔或其他样品特征的图像不再随着焦点的变化而横向移动。

12.如权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中，检测穿过该静电透镜元件的带电粒子束电流包括检测次级电子图像的灰度级。

13.如权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中，增量地改变该元件上的电压包括在每次提高的过程中使电压改变小于该束能量扩展度的二十分之一。

14.如权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中，增量地改变该元件上的电压包括在每次提高过程中改变该电压小于0.5 V。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括确定该带电粒子束内的带电粒子束能量或能量分布为低于0.5 V的分辨率。

16.如权利要求1至4中任意一项所述的方法，进一步包括基于所测量的来自带电粒子束源的带电粒子的能量分布对该源的操作进行调节以优化性能。

17.如权利要求16所述的方法，其中，该粒子源是液态金属离子源，该液态金属离子源具有流经对该液态金属进行加热的加热元件的加热器电流，并且其中，所测量的能量分布用于确定是否改变该加热器电流。

18.一种聚焦粒子束系统，包括：

带电粒子源；

被放置成用于从该源接收粒子的聚焦柱，该聚焦柱包括静电聚焦透镜，该静电聚焦透镜用于使带电粒子聚焦到工件表面上以便对该工件进行处理；

电压可调电源，该电源电连接到所述静电透镜并且能够以小于0.5伏特的增量调节第二静电透镜电压；以及

检测器，该检测器用于测量穿过静电透镜的带电粒子束电流。

19.如权利要求18所述的聚焦粒子束系统，进一步包括存储计算机指令的计算机存储器，以便：

自动地提高该静电透镜上的电压，直到没有带电粒子穿过该静电透镜；以及

在每次提高时对穿过该静电透镜的带电粒子电流的指示进行记录。

20.如权利要求18或权利要求19所述的聚焦粒子束系统，其中，该检测器包括次级电子检测器，该次级电子检测器用于响应于初级带电粒子束的冲击来检测从该样品射出的次级电子，并且其中，对该带电粒子束电流的指示器进行记录包括记录灰度级。

21.如权利要求18或权利要求19所述的聚焦粒子束系统，其中，该检测器包括电流计，该电流计能够将电流测量至小于2皮安的精度并且被配置成用于测量被引导至法拉第杯的束电流或者台电流。

22.如权利要求21所述的聚焦粒子束系统，其中，该检测器包括法拉第杯，能够在束下方移动该法拉第杯以便用于减速场分析并且能够将其移离该束以允许该束对工件进行处理。

23.如权利要求21所述的聚焦粒子束系统，其中，该电流测量装置通过低噪声电连接器电连接到该法拉第杯或该台。

24.如权利要求18或权利要求19所述的聚焦粒子束系统，其中，该电压可调电源能够以小于0.15伏特的增量调节第二静电透镜电压。

25.如权利要求18或权利要求19所述的聚焦粒子束系统，其中，该电压可调电源包括一个或多个具有总计大于16位的数模转换器，以便在该静电透镜元件上提供电压。

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