CN104380425A - 多种类离子源 - Google Patents

Abstract

具有气体腔室的高亮度离子源包括多个通道，其中，多个通道各自具有不同的气体。使电子射束穿过通道之一以提供某些种类的离子用于处理样本。能够通过将电子引导到具有不同的气体种类的另一个通道中并且利用第二种类的离子处理样本来快速地改变离子种类。偏转板用于将电子射束对准到气体腔室中，借此允许快速地切换聚焦离子射束中的气体种类。

Description

多种类离子源

技术领域

本发明涉及带电粒子射束系统的离子气体源的领域。

背景技术

在半导体工业中应用具有聚焦离子射束的粒子光学装置，以用于利用聚焦离子射束来处理晶圆的目的。为此，离子源被成像到晶圆上成为所谓的离子斑中。利用这样的离子源的处理速度受限于该离子斑中的离子电流密度。通过将明亮的离子源聚焦到离子斑中来实现高离子电流密度。希望使用不留在所处理的晶圆中的离子，诸如惰性气体离子。

在通过引用被合并于此的US专利7,772,564中描述了粒子光学装置的气体离子源，该US专利被转让给FEI有限公司——本发明的受让人。气体源包括膜片壁，在该膜片壁的第一侧设置有在例如0.2 bar的气体压强下将被电离的气体。在膜片壁的另一侧设置有真空，或至少设置有具有较低的气体压强的空间。在膜片壁中，装配了出射膜片，通过该出射膜片气体流出到真空中。由在膜片壁的真空侧的电子源所生成的电子通过第一电场（加速度场）被加速，并且通过电子透镜被聚焦，借此电子焦点被设置在刚好膜片壁的真空侧的出射膜片之前。作为在电子焦点中的电子与出来的气体原子之间的碰撞的结果，现在气体离子被形成在因此很靠近出射膜片的电离体积中。通过其中高电子密度以及还有高气体密度并发地出现的区域来确定电离体积的体积。借助于第二电场（提取电场），离子从电离体积中被提取，并且然后能够借助于在现有技术中已知的粒子光学装置被成像和操纵。

鉴于亮度另外由等离子体和空间电荷效应来限制，诸如在US专利7,772,564中描述的源之类的气体源能够通过将电离体积保持为小来维持高亮度。当前，当需要高亮度电子源时，经常使用诸如采用场发射体、肖特基发射体或碳纳米管的源之类的电子源。这些源具有小的电子发射表面。如技术人员所知的，应当通过具有小像差的光学器件来将这些源成像，尤其当在图像中要获取相对大的电流时。在某些应用中，电子被利用“侧向注入”提供到电离体积中，使得垂直于从电离体积中提取离子的场来应用电子。

在US专利7,772,564中的气体源被限制为提供单个离子种类。然而，存在某些应用，由于离子种类的不同的特性而期望使用多个离子种类。例如，由于轻离子的低溅射产出率，所以其良好地适合于显微术，并且具有高溅射产出率的重离子良好地适合于研磨应用。选择具有特定化学性质的离子种类也能够大大地增强诸如射线束化学或分析的应用。

此外，还期望的是，在操作粒子光学装置时在不同的离子种类之间快速且高效地改变，以便适应某些应用。当前系统在新的离子种类被期望时要求用户完全地改变单个气体源并且将其替换，这是耗时的且要求样本的处理被中断，因此由于额外时间而引起诸如位置错误或反应错误之类的处理错误。

现有技术液态金属离子源（LMIS）采用能够将公共源的种类分离的滤质器。然而，LMIS通常不与气体源实现相同的亮度等级。此外，滤质器通过首先将公共源电离来进行操作并且然后仅能够将一些金属种类从源分离。被分离的种类由源的组成限制。因此，需要能够快速地在多个不同的离子气体种类之间切换的高亮度离子源。此外，需要一种系统，其在不要求替换源的情况下使得用户能够选择性地提供不同离子种类的气体，以用于执行对样品的不同的处置，诸如研磨、蚀刻、沉积和成像。

发明内容

本发明的目的是允许在用于聚焦离子射束应用的多个离子种类之间快速切换。

本发明的实施例提供高亮度离子源，其具有包括多个通道的气体腔室，其中，多个通道各自具有不同的气体。电子射束被聚焦到通道之一中以形成某种类的离子，以用于样本处理。通过将电子射束引导到具有不同种类的气体的通道来切换离子种类。在本发明的一实施例中，偏转板用于将电子射束引导到多个腔室中，由此允许快速地切换聚焦离子射束中的气体种类。

上文已经相当宽泛地略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描述。将在下文中描述本发明的附加的特征和优点。本领域的技术人员应当理解，所公开的概念和特定实施例可以容易地被用作修改或设计用于执行本发明的相同目的的其它结构的基础。本领域的技术人员同样应当认识到，这样的等同构造不会背离如在所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。

附图说明

为了对本发明和其优点的更彻底的理解，现在对结合附图所采取的以下描述进行参考，其中：

图1示出根据本发明的实施例的具有电子源的气体腔室。  

图2示出在图1中示出的实施例的气体腔室的顶视图。   

图3示出在图1中示出的实施例的气体腔室的侧视图。   

图4示出在图1中示出的实施例的等尺寸视图，其中剖面示出用于多个气体通道的入射和出射孔的布置。    

图5示出根据本发明的另一个实施例的纳米孔隙离子源的气体腔室的侧视图。   

图6是在图5中示出的实施例的顶视图。  

图7示出在图5中示出的实施例的侧视图。  

图8示出图示出在图5中示出的实施例的等尺寸视图，其中剖面示出入射和出射孔的布置。  

图9示出本发明的另一个实施例的侧视图，其中入射孔隙和出射孔隙足够靠近光轴，从而腔室下面的下部偏转器是不必要的。  

图10A和10B示出能够以如下两个不同的操作模式操作的根据本发明的离子和电子源的另一个实施例的侧视图：离子生成模式和电子生成模式。  

图11示出在图10A和10B中示出的实施例的顶视图。  

图12示出在图10A和10B中示出的实施例的侧视图。  

图13示出在图10A和10B中示出的实施例的剖面等尺寸视图。  

图14示出其中偏转器被自动化为在不同的离子种类之间自动地切换的本发明的实施例。   

图15示意地示出根据本发明的实施例的用于在气体通道中使用的MEMS结构，借此电子被聚焦在电离体积上。  

图16是采用如图15中所描绘的MEMS结构的根据本发明的离子源的示意性描绘。

具体实施方式

本发明的实施例允许用户对于任何聚焦离子射束应用（尤其对于使用气体源的高亮度应用）快速地在多个不同的离子种类之间切换。这在执行不同类型的处理时是尤其有利的。例如，如果期望低损成像则能够使用氦，并且然后氦被快速切换到氖以用于慢且精确的研磨或被快速切换到氙以用于快速研磨。在优选的实施例中，在不改变气体源的情况下执行从一个离子种类到另一个的切换。在现有技术中，改变气体源例如涉及：中断样本处理、移除气体源、使先前被使用的气体排空、应用新的期望气体源，以及将具有新气体的源插入到装置中。气体源的替换是耗时的、劳动密集的，并且由于延长的处理时间而可能导致对样本不希望的效果。

能够在诸如场发射源、肖特基源、碳纳米管或纳米孔隙离子源之类的高亮度电子源的情况下使用本发明的实施例。也能够在诸如在US专利7,772,564中描述的离子源之类的气体源中容易地实施本发明的实施例，该离子源具有漏入腔室并且然后被聚焦电子射束所电子碰撞电离的气体。在某些实施例中，本发明提供具有多个通道的气体腔室，每个通道能够具有不同的气体并且每个通道包含用于使电子射束通过的孔隙。能够通过将电子射束聚焦到期望的通道中来选择气体种类，该期望的通道然后提供用于样本处理的聚焦离子射束。在某些实施例中，申请人已经发现，可以如将电子射束从一个气体腔室孔隙偏转到另一个所花费的时间（其优选地小于一秒、更优选地小于0.1秒并且最优选地小于0.05秒）一样快速地切换聚焦离子射束中的离子种类。

图1示出根据本发明的实施例的具有电子源的气体腔室。电子源102沿着光轴108提供电子110。电子源102通常是肖特基源，但是其它电子源也是可能的，包括但不限于热离子的、LaB₆，或冷场发射源。在电子光学区域160的情况下由偏转器104和106将电子偏转以将电子射束对准到气体腔室120中。以双偏转配置图示出偏转器104和106，但是在本发明的某些实施例中也可以使用单个偏转器。电子光学区域160也能够包括例如聚焦或聚光透镜的其它元件，以将电子射束的直径减小为小于开口。气体腔室120优选地包括多个通道122、124、126、128、130和132，每个通道优选地包括不同的气体。能够在各通道内容易地实施所有天然出现的气体。图1图示出包括6个通道的气体腔室，但是技术人员将容易地理解通道的数量能基于应用而变化。例如，在较简单的应用的情况下能够使用更少通道，但更多通道能够被用于要求用于研磨、成像和/或沉积的许多离子种类的更复杂的处理应用。所提供的气体种类的数量因此能够非常大、仅仅由偏转器104和106的范围来限制。能够快速地改变偏转以将电子射束引导到不同的通道以在用于处理样本的多个离子种类之间切换。气体通道中的每一个通常具有大约l00nm-500nm的尺寸，其中内部气体压强通常在大气的范围内。

图2示出在图1中示出的实施例的顶视图。通道中的每一个包含用于使电子射束通过的入射孔隙202。通道还优选地包含用于提取离子射束的出射孔隙。出射孔隙通常直接地在入射孔隙202之下。

图3示出在图1中示出的实施例的侧视图。图4示出在图1中示出的实施例的等尺寸视图，其中剖面示出用于多个气体通道的入射和出射孔的布置。电子射束110已经被偏转而通过入射孔隙202进入气体通道130，使离子射束112从出射孔隙112出射。

图15示意地示出根据本发明的实施例的用于在气体通道中使用的MEMS结构，借此电子被聚焦在电离体积上。申请人注意到，图15仅仅描绘一个气体通道，在本发明的某些实施例中将对于多个气体通道中的每一个复制该气体通道。

两个导电箔1501、1502通过具有例如1um厚度的光刻胶层1511彼此附着并且彼此分离。光刻胶层不填充两个箔之间的完整空间，而是空腔1512被保留为空旷。箔1501、1502各自被形成在从半导体晶圆切割的半导体管芯（诸如S1₃N₄管芯1503、1504）上。箔的材料能够是金属，例如Mo。管芯提供对箔的支持并且也实现箔的产生。在管芯中，在光刻过程中形成凹部1505、1506、1507和1508。同样，在Si₃N₄管芯上形成例如Mo的导电层1509、1510。在箔中形成两组膜片（即聚焦电子射束1530通过其进入空腔1512的入射膜片1520、离子通过其能够从空腔1512出来的出射膜片1521）以及气体被准许通过其以例如0.2bar的气体压强进入空腔的孔隙1513和1514。入射膜片和出射膜片两者都具有例如100nm的小尺寸，而准许气体通过其的孔隙可以具有例如1um的较大尺寸。申请人注意到，在本发明的上下文中，术语“膜片”和“孔隙”是可互换的。

由诸如本来已知的场发射体、肖特基发射体或CNT电子发射体之类的高亮度电子源产生聚焦电子射束1530。所产生的电子被加速并且利用聚焦电子光学器件被聚焦在MEMS结构的入射膜片上，如在电子光学领域的技术人员所知的那样。在入射膜片1520和出射膜片1521之间，高气体压强和高电子密度并发地发生，因此形成电离体积1522。例如1V的应用在两个箔1501、1502之间的小的电压使形成在箔1502的方向上的离子加速，在箔1502的方向上它们能够通过出射膜片1521离开空腔1512，以朝向用于操纵离子的本来已知的粒子光学元件进一步被加速。通过出射孔隙1521离开空腔1512的射束1531由离子和电子二者组成，但是随着离子朝向用于操纵离子的粒子光学元件被加速，电子被减速直到它们失去它们的前冲力并且例如被反射回导电层1510。

由于入射膜片和出射膜片具有例如50nm的小尺寸，所以作为距离箔1501、1502的距离的函数的空腔1512外部的气体压强将非常快速地下降。而且，从空腔1512流入到管芯外部的体积中的气体的量非常小，使得即使当使用具有有限容量的泵装置时，电离体积也被限制到箔之间的区域，这是因为仅仅在箔之间才存在所要求的高气体压强。这也暗示，在气体分子和离子之间没有或仅仅有可忽略的电荷交换会在射束1531所进入的体积中发生。这样的电荷交换是不想要的，因为这将导致所形成的离子射束能量扩宽。而且，能够容易地将电子源所处一侧的气体压强抽为这些源能够在其中工作的真空压强。

为了准许气体到达孔隙1513和1514，例如通过夹持和/或使用胶将Si₃N₄管芯1503、1504例如附着在连接到气体供应的容器之间。这样，能够形成微观的空腔和气体所处于的宏观的世界之间的桥梁。要注意，Si₃N₄管芯不必仅仅具有两个孔隙来准许气体进入。

如将对技术人员明显的是，能够围绕形成入射或出射膜片的位置形成孔隙的环。而且，孔隙不必是圆的，而是能够具有任何形状。也可以仅仅在一个管芯（管芯1503或管芯1504）中具有孔隙。

要注意，晶圆和在其上执行的光刻过程的使用已知在制造诸如透镜和偏转器之类的微型粒子光学结构时被使用。尽管未示出，但设想将这样的结构合并到根据本发明的离子源中。

图16是采用如图15中所描绘的MEMS结构的根据本发明的离子源的示意性描绘。图16描绘能够容易地从例如FEI公司获取的肖特基发射体1600，其沿着光轴1601发射电子射束1602。通过由发射体1600的顶端和提取器电极1603之间的电压差所引起的电场从肖特基发射体提取电子。优选地，提取器电极提供在50和300V之间的电压差。从电子源看到，提取器1603后面是通过分段板电极1604制作的组合的透镜／偏转器，其中各分段之间的电压差引起偏转器动作并且组合的分段相对于提取器电极1603和电极1605的电压差引起透镜动作。要注意，该分段电极1604也能够用作象散校正器。

电极1605也被连接到MEMS结构1610（在图3中所描绘的MEMS结构）的电子进入所述MEMS结构的一侧。MEMS结构的另一侧连接到电极1606。电极1605和1606之间的并且因此MEMS结构的两个箔之间的例如1V的电压在电离体积上方引起电场。电极1605和1606的连接形成与MEMS结构1610的真空密闭，并且气体1607经由这些电极进入到MEMS结构中的空腔中。如本领域技术人员所知的，通常以在大致50和1000eV之间的电子能量实现在电离体积处的期望的高电子电流密度。通常在50和300eV之间电子-离子碰撞的电离效率被最大化。因此，电子在电离体积处优选地具有在50eV和l000eV之间的，并且更优选地在50和300ev之间的能量。电极1608提取形成在MEMS结构1610中的离子，导致发源于MEMS结构的离子射束1609。提取场提取作为在与电子源的方向相反的方向上的电离体积中的电离的结果所形成的离子。在本发明的某些实施例中，提取场引起优选地小于10V，甚至更优选地小于5V并且最优选地小于1V的电离体积两端的电压差。能够随后使用本来已知的粒子光学元件将从电离体积中提取的离子进一步加速。

取决于由偏转器104和106引起的偏转，将朝着多个通道之一的孔隙之一的来引导电子。在图1中，电子射束110被对准以通过通道124中的孔隙，但是能够修改偏转，使得射束能够通过多个通道122、124、126、128、130或132中的任何一个。在某些实施例中，能够以优选地小于0.1秒来改变偏转以提供不同种类的离子射束。在通道内，电子在气体电离体积140中同气体原子相撞以产生离子，该离子从通道中被提取通过出射孔隙以形成离子射束112。能够通过加速场将电子加速到优选的能级。在某些实施例中，电压源提供优选地在50至300伏特之间的电压，使得在气体通道的入射孔隙处的电子具有50至300eV的能量。申请人注意到，图1没有示出多个通道的详情示意图，但是专家将容易地认识到，在某些实施例中，多个通道中的每一个可以包括在图15和图16中看到的组件，例如，提取器电极、用于准许气体进入电离体积的孔隙和导电箔。此外，在某些实施例中，电极被放置在多个通道中每一个的上方以引起如图16中所看见的偏转器和/或透镜动作。

偏转器152和154在离子光学区域162中将从多个通道之一中出来的离子射束112偏转，使得其再一次与期望轴108对准。虽然描绘了双偏转器152和154，但单个偏转器也可以用于确保离子射束与光轴对准。

在某些实施例中，离子光学区域162也可以包含诸如物镜170的聚焦元件或者用于朝着用于处理的样本180将离子射束聚焦的附加孔隙。优选地，将离子光学区域162和电子光学区域160维持在真空中。离子光学区域162也可以包括诸如用于检测二次电子或离子174的Everhart Thornley检测器之类的二次粒子检测器172以及用于注入用于豆诱导沉积或蚀刻的前驱气体的气体注入系统176。适当的电压被应用到系统组件以向电子射束提供足够的能量来在通道中电离气体离子并且从通道提取离子并且朝着样本将它们加速。

申请人已经发现在利用气体源的高亮度应用期间快速改变离子种类的方式。为了在不同的离子种类之间切换，改变偏转器104和106的属性，使得电子射束110朝着气体腔室120的不同通道被引导。改变偏转的路径例如能够包括改变应用到偏转器的电压。因此当离子种类被改变时也修改偏转器152和154，使得离子射束在通过所选择的气体通道之后与期望轴108适当地对准。

例如，当在垂直于从电离体积中提取离子的场的方向上应用电子时，现有技术电子源经常利用单个气体腔室上方的偏转器来将电子射束与气体腔室对准。然而，申请人已经发现，通过合并气体腔室下方的第二组偏转器152和154，能够使用通过本发明教导的多个气体通道，同时在电离区域之后维持射束的期望光轴。

在本发明的某些实施例中，能够在垂直于离子射束112的轴的方向上使用“侧向注入”来提供来自电子源102的电子。偏转器104和106然后偏转电子射束并且朝着多个气体通道之一来引导射束以提供期望种类的离子。偏转器152和154然后将离子射束与适当的期望轴对准以用于处理样本。申请人已经发现，在其中气体腔室出射孔隙被布置为使得它们全部充分靠近离子光轴108的某些实施例中，对准偏转器152和154不是必要的。在一些实施例中，当最远的孔隙距离光轴小于5μm时，这种情况发生。

在某些实施例中，可以使多个通道之一没有气体。通过使通道之一没有气体，电子射束被维持并且在通过没有气体的通道时不产生离子射束，并且能够引导电子射束到样本处以用于样本处理（包括成像）。此外，用户能够在不同的离子种类和电子射束之间切换。

图5示出根据本发明的另一个实施例的纳米孔隙离子源的气体腔室的侧视图。在该实施例中，四个气体通道502、504、506和508被布置在2x2图案中，该图案使得每个通道的出射孔能够被设置成更接近光轴并且因此减少所要求的电子和离子射束偏转。根据在图5中提供的视图，仅仅气体通道502和504是可见的。四个气体通道中的每一个能够包含任何类型的气体中的气体，诸如惰性气体、空气、氧气、氮气，或多原子气体，以用于对样本的各种处理。申请人已经发现，减少的偏转帮助降低电子和离子射束中的光学像差，并且也降低所要求的射束偏转电压。在该实施例中，电子射束110已经被偏转为进入气体通道502，导致生成具有与腔室502内的气体有关的离子的离子射束512。下部的偏转器152和154将离子射束512放置到光轴上并且与光轴平行。

图6-8示出在图5中示出的实施例的附加的视图。图6是图示出在图5中示出的实施例的四个气体通道502、504、506和508的2x2系列的顶视图。每个气体通道具有入射孔或孔隙602。出射孔隙优选地直接设置在入射孔隙602之下。图7示出在图5中示出的实施例的侧视图。

图8示出图示出在图5中示出的实施例的等尺寸视图，其中剖面示出入射和出射孔的布置。在该图示中，朝着通道504引导电子射束，并且电子射束通过入射孔隙602进入通道504，使具有来自在通道504中提供的气体的离子种类的离子射束512从出射孔隙802出来。出射孔隙802优选地设置为接近光轴以减少所要求的电子和离子射束偏转。

图9示出本发明的另一个实施例的侧视图，其中入射孔隙和出射孔隙足够靠近光轴，使得腔室下面的下部偏转器不是必要的。四个气体通道902、904、906和908被布置在诸如图8中所图示的阵列之类的2乘2阵列中。在所提供的视图中，仅仅两个通道902和904是可见的。上部偏转器102和104朝着腔室902导引电子射束110。在某些实施例中，仅仅一个偏转器足够朝着多个腔室之一引导射束。与在腔室902中的气体种类有关的电离气体射束912从通道902的出射孔隙出来。如果电子射束入射孔隙和离子射束出射孔足够接近光轴，则下部偏转器不是必要的。申请人已经发现，通常，当出射孔距离光轴108小于5μm时，下部偏转器不是必要的。减少的电子射束偏转可以降低电子射束中的光学像差，并且也将降低所要求的电子射束偏转电压。因为常规的机械对准通常具有5um的相同的尺寸范围，所以即使没有使用腔室下面的偏转器也可以认为在该实施例中从出射孔隙出来的离子射束是对准的。能够由控制器控制偏转路径从而朝着多个腔室之一引导电子射束。

图10A和10B示出能够以如下两个不同的操作模式操作的根据本发明的离子和电子源的另一个实施例的侧视图：离子生成模式和电子生成模式。图11-13示出在图10A和10B中示出的实施例的不同视图。四个气体腔室1002、1004、1006和1008被布置在环绕中心开口1010的环中。该布置允许如下选项：引导来自电子源的电子射束110以使其通过中心开口1010，借此旁路气体腔室并且然后将随后被聚焦到样本上，借此除离子射束成像和处理之外还实现样本的电子射束成像和处理。每个气体腔室可以包含任何种类的气体。在图10A中，本发明作为离子源操作。在图10A中，将电子射束110偏转到气体腔室1002的入射孔隙中。偏转器能够将射束偏转到气体腔室1002、1004、1006和1008中的任何一个中，并且能够通过朝着具有不同的气体种类的不同的腔室引导射束来快速地改变偏转路径以选择不同种类的离子。离子射束1024从气体腔室1002的出射孔隙出来，并且通过下部偏转器152和154被偏转到光轴108上并且被引导朝向用于处理的样本。在图10B中，本发明作为电子源操作，因为电子射束110没有被偏转到气体腔室中并且通过中心开口1010。电子射束110旁路多个气体腔室并且随后被聚焦到样本上。在某些实施例中，电子射束在从电子源产生之后保持在光轴上并且不需要被偏转。

在阵列的中心的开口1010允许电子射束未受干扰地通过。专家将认识到，在一些处理和/或成像应用中，由于电子的不同属性，其相对于离子是有利的。例如，由于电子的较小尺寸，其对于某些表面下成像应用是有利的。该实施例因此允许在多个离子种类之间切换，并且进一步允许从离子射束到电子射束的快速切换并且反之亦然，以用于样本处理。能够改变偏转路径以朝着多个腔室中的任何一个来引导电子射束以产生某种类的离子或者朝着开口引导电子射束以保持电子射束。也能够在本发明的实施例中容易地实施气体腔室的变化的配置和几何形状。在某些实施例中，偏转没有被激活以便电子射束通过中心开口，并且然后偏转被激活以朝着腔室之一来偏转射束以产生某种类的离子。

图11示出在图10A和10B中示出的实施例的顶视图。图12示出在图10A和10B中示出的实施例的侧视图。多个腔室各自具有入射孔隙1102和用于从腔室出射的、优选地直接地在入射孔隙的下面的出射孔隙。图13示出图10A和10B中所示出的实施例的剖面等尺寸视图，其图示出多个腔室中的每一个中的入射孔隙1102和出射孔隙1302。在图13中，朝着腔室1006引导电子射束110以选择与腔室1006内的气体有关的离子种类，从而产生离子射束1310。尽管图示出四个腔室，但专家将认识到，能够基于某些聚焦离子射束应用的需要来增大或减小腔室的数量。

在本发明的范围内，诸如各种二维阵列之类的气体腔室的其它布置也是可能的，例如3乘2、4乘2，或5乘2阵列。在任何数量的腔室的情况下，气体腔室的环形阵列也在本发明的范围内。

图14示出其中偏转器被自动化为在不同的离子种类之间自动地切换的本发明的实施例。偏转器104、106、152和154连接到控制器1402，其控制初始电子射束110的偏转路径。在操作期间，用户能够快速地选择所期望的下一离子种类，并且能够自动地调整偏转器以将电子射束引导到包含期望的气体种类的通道。在多个腔室之一允许电子射束不受干扰地通过的实施例中，用户也能够从某些种类的离子射束快速地切换到电子射束。申请人注意到，如在本申请中使用的术语“连接”和“连接的”不限于物理连接并且也能够包括在现有技术中公知的无线通信。在一个实施例中，控制器1402也被连接到程序存储器1404，其能够存储从用户输入的指令集合。用户能够输入以指定时间间隔在不同的离子种类之间进行切换的例程或方法。指令优选地包括诸如处理时间、射束停留时间之类的处理参数，和/或关于切换到不同种类的适当时间的指令。也能够改变偏转器的数量以满足不同的应用要求。此外，能够使用气体通道的不同的数量和布置。根据本发明的一些实施例，一种带电粒子射束系统包括：电子源，用于在真空腔室内沿着光轴提供电子射束；多个通道，多个通道中的至少一个具有气体入口并且适合于包含气体来与电子相互作用以产生离子；第一偏转器，用于选择性地将电子射束偏转到多个通道中的不同的通道中；一个或多个提取器电极，用于从多个通道提取离子；和第二偏转器，用于将所提取的离子与光轴对准。

在一些实施例中，带电粒子射束系统进一步包括用于将所提取的离子聚焦到工件上的聚焦透镜。在一些实施例中，多个通道中的每一个包括用于连接到气体源的入口。在一些实施例中，第一偏转器包括两个部分：使电子射束偏转而远离光轴的第一部分以及使电子偏转到与第一光轴平行的且与多个通道之一同心的第二光轴上的第二部分。在一些实施例中，第二偏转器包括两个部分：使离子射束偏转远离第二轴的第一部分以及使离子偏转到第一光轴上的第二部分。

在一些实施例中，带电粒子射束系统进一步包括控制器，用于控制来自第一偏转器的电子的对准和来自第二偏转器的离子的对准。在一些实施例中，带电粒子射束系统进一步包括用于输入用于处理样本的指令的程序存储器，指令包括在样本处理期间从第一离子种类切换到第二离子种类。

根据本发明的一些实施例，一种提供用于带电粒子射束应用的多个带电粒子种类的方法，包括：生成电子的射束；沿着第一路径将电子射束引导到第一通道中以与通道中的气体相互作用，从而产生第一种类的离子；从第一通道提取离子；将离子引导到工件上；以及沿着第二路径引导电子以在工件处提供不同种类的带电粒子。

在一些实施例中，沿着第二路径引导电子包括：将电子射束引导到包含气体的第二通道中以产生第二种类的离子，并且进一步包括：从第二通道提取第二种类的离子；以及将第二种类的离子引导到工件上，该方法提供用于在不使包含工件的真空开口的情况下在要被朝着工件引导的不同种类的离子之间切换。

在一些实施例中，在小于0.1秒中执行从沿着第一路径引导电子射束切换到沿着第二路径引导电子以在工件处提供不同种类的带电粒子。在一些实施例中，在小于0.05秒中执行从沿着第一路径引导电子射束切换到沿着第二路径引导电子以在工件处提供不同种类的带电粒子。

在一些实施例中，沿着第一路径引导电子或沿着第二路径引导电子包括使电子从第一光轴偏转和将电子偏转到与第一光轴平行的路径上。在一些实施例中，将离子引导到工件上或在工件处提供不同种类的带电粒子离子包括使离子或不同种类的带电粒子偏转回到第一光轴上。在一些实施例中，在第一路径和第二路径之间进行切换的步骤被自动化。

根据本发明的一些实施例，一种带电粒子射束系统包括：电子源，用于提供电子；第一通道，具有气体入口并且适合于包含气体来与电子相互作用从而产生离子；第一偏转器，用于将电子与第一通道对准或用于将第一通道旁路；提取器，用于从第一通道提取离子；和第二偏转器，用于将所提取的离子或电子与聚焦镜筒对准。

在一些实施例中，带电粒子射束系统进一步包括一个或多个附加通道，其适合于包含气体来与电子相互作用以产生离子。在一些实施例中，第一偏转器能够被偏置为将电子与第一通道、一个或多个通道对准，或者用于旁路包含气体的通道。在一些实施例中，用于将电子与第一通道对准或用于旁路第一通道的第一偏转器包括用于将电子与第一通道对准或用于将电子射束与不包含气体的通道对准的偏转器。

在一些实施例中，带电粒子射束系统进一步包括用于控制来自第一偏转器的电子的对准的控制器。在一些实施例中，带电粒子射束系统进一步包括存储用于处理样本的指令的程序存储器，指令包括在将电子与第一通道对准与将第一通道旁路之间进行切换。

为了本发明的目的，术语“通道”与术语“腔室”是可互换的。上面所述的本发明具有宽泛的适用性并且能够提供许多如在以上的示例中所描述和示出的益处。实施例将取决于特定应用而大大地变化，并且并非每个实施例都将提供所有益处并且满足通过本发明可实现的所有目标。虽然许多先前的描述涉及FIB研磨的使用，但用于处理期望的TEM样本的研磨射束能够包括来自例如液态金属离子源或等离子体离子源的例如电子射束、激光射束或聚焦或成形离子射束，或任何其他带电粒子射束。此外，尽管许多先前的描述是针对半导体晶圆，但本发明能够被应用于任何适当的衬底或表面。在其他的实施例中，可以使用在一个实施例中描述的或被描述为现有技术的部分的材料和结构。尽管本发明将描述为适合于提供高亮度离子源，但本发明不限于高亮度应用。

尽管已经详细描述了本发明和其优点，但应当理解，在不背离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在这里做出各种改变、替换和更改。此外，本申请的范围不意图被限制为说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施例。如本领域普通技术人员将根据本发明的公开容易地理解的，可以根据本发明来利用与在本文描述的对应的实施例执行基本上相同的功能或实现基本上相同的结果的目前存在的或稍后将被开发的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。相应地，所附权利要求意图在它们的范围内包括这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。在所附权利要求中以开放方式使用的术语“包括”和“包含”，并且它们因此应当被解释为表示“包括但不限于…”的意义。 

Claims (20)

1.一种带电粒子射束系统，包括：

电子源，用于在真空腔室内沿着光轴提供电子射束；

多个通道，所述多个通道中的至少一个具有气体入口并且适合于包含气体来与电子相互作用以产生离子；

第一偏转器，用于选择性地将电子射束偏转到所述多个通道中的不同的通道中；

一个或多个提取器电极，用于从所述多个通道提取离子；和

第二偏转器，用于将所提取的离子与光轴对准。

2.根据权利要求1所述的带电粒子射束系统，进一步包括：用于将所提取的离子聚焦到工件上的聚焦透镜。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的带电粒子射束系统，其中所述多个通道中的每一个包括用于连接到气体源的入口。

4.根据在先权利要求中的任何一项所述的带电粒子射束系统，其中第一偏转器包括两个部分：使电子射束偏转远离光轴的第一部分以及使电子偏转到第二光轴上的第二部分，第二光轴与第一光轴平行且与所述多个通道之一同心。

5.根据权利要求4所述的带电粒子射束系统，其中第二偏转器包括两个部分：使离子射束偏转远离第二轴的第一部分以及使离子偏转到第一光轴上的第二部分。

6.根据在先权利要求中的任何一项所述的带电粒子射束系统，进一步包括：控制器，用于控制来自第一偏转器的电子的对准和来自第二偏转器的离子的对准。

7.根据在先权利要求中的任何一项所述的带电粒子射束系统，进一步包括：程序存储器，用于输入用于处理样本的指令，所述指令包括在样本处理期间从第一离子种类切换到第二离子种类。

8.一种提供用于带电粒子射束应用的多个带电粒子种类的方法，包括：

生成电子射束；

沿着第一路径将电子射束引导到第一通道中以与通道中的气体相互作用，从而产生第一种类的离子；

从第一通道提取离子；

将离子引导到工件上；以及

沿着第二路径引导电子以在工件处提供不同种类的带电粒子。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，沿着第二路径引导电子包括将电子射束引导到包含气体的第二通道中以产生第二种类的离子，并且进一步包括：

从第二通道提取第二种类的离子；以及

将第二种类的离子引导到工件上，该方法提供用于在不使包含工件的真空开口的情况下在要被朝着工件引导的不同种类的离子之间切换。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，在小于0.1秒中执行从沿着第一路径引导电子射束切换到沿着第二路径引导电子以在工件处提供不同种类的带电粒子。

11.根据权利要求8-10中的任何一项所述的方法，其中，在小于0.05秒中执行从沿着第一路径引导电子射束切换到沿着第二路径引导电子以在工件处提供不同种类的带电粒子。

12.根据权利要求8-11中的任何一项所述的方法，其中，沿着第一路径引导电子或沿着第二路径引导电子包括使电子从第一光轴偏转和将电子偏转到与第一光轴平行的路径上。

13.根据权利要求9-12中的任何一项所述的方法，其中，将离子引导到工件上或在工件处提供不同种类的带电粒子离子包括使离子或不同种类的带电粒子偏转回到第一光轴上。

14.根据权利要求8-13中的任何一项所述的方法，其中，在第一路径和第二路径之间进行切换的步骤被自动化。

15.一种带电粒子射束系统，包括：

电子源，用于提供电子；

第一通道，具有气体入口并且适合于包含气体来与电子相互作用以产生离子；

第一偏转器，用于将电子与第一通道对准或用于将第一通道旁路；

提取器，用于从第一通道提取离子；和

第二偏转器，用于将所提取的离子或电子与聚焦镜筒对准。

16.根据权利要求15所述的带电粒子射束系统，进一步包括：一个或多个附加通道，适合于包含气体来与电子相互作用以产生离子。

17.根据权利要求16所述的带电粒子射束系统，其中第一偏转器能够被偏置为将电子与第一通道、一个或多个通道对准，或者用于旁路包含气体的通道。

18.根据权利要求16或权利要求17所述的带电粒子射束，其中，用于将电子与第一通道对准或用于旁路第一通道的第一偏转器包括用于将电子与第一通道对准或用于将电子射束与不包含气体的通道对准的偏转器。

19.根据权利要求15-18中的任何一项所述的带电粒子射束系统，进一步包括用于控制来自第一偏转器的电子的对准的控制器。

20.根据权利要求15-19中的任何一项所述的带电粒子射束系统，进一步包括存储用于处理样本的指令的程序存储器，所述指令包括在将电子与第一通道对准与将第一通道旁路之间进行切换。