CN105789007A - 带电粒子束系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种带电粒子束系统，包括带电粒子束柱，其具有形成带电粒子束的带电粒子源、物镜、以及改变带电粒子束在样品平面中的照射位置的第一偏转系统。该系统还包括样品室，其包括用于保持待处理样品的样品台，以及控制器，配置为创建和存储样品表面的高度图。所述控制器进一步配置为根据高度图依赖带电粒子束的照射位置动态地调节带电粒子束的物镜。

Description

带电粒子束系统和方法

技术领域

本发明涉及带电粒子束系统和方法。更具体地，本发明涉及可用于产生由高温超导材料制成的约瑟夫森结的带电粒子束系统。此外，本发明涉及一种通过带电粒子束照射在高温超导材料中产生约瑟夫森结的方法。

背景技术

气体场离子束系统形式的带电粒子束系统例如在US7786451中公开。电子束系统与光学显微镜的组合例如在US8759760B2中公开。此外，聚焦离子束柱与电子显微镜的组合例如在US8247785B中公开。

最近，由ShaneA.Cybart等人撰写的互联网出版物“采用聚焦氦离子束直接图案化的Y-Ba-Cu-O形式的纳米约瑟夫森超导隧道结(NanoJosephsonsuperconductingtunneljunctionsinY-Ba-Cu-Odirect-patternedwithafocusedheliumionbeam)”已经出版。在基于本专利申请中的发明者之一的共同作者的出版物中，描述了通过使用500pm直径的氦离子聚焦光束来直接写入隧道壁垒，用高超导材料YBCO(YAa₂Cu₃O_7-δ)产生的局部约瑟夫森超导隧道结的产生。

发明内容

本发明的目的在于提供在高温超导体材料中产生约瑟夫森超导隧道结的改进方法。本发明的进一步的目的是提供一种用于产生这种或类似的超导隧道结的改进的带电粒子束系统。

根据第一方面，本发明的特征在于，一种带电粒子束系统包括带电粒子束柱，其具有形成带电粒子束的带电粒子源，物镜，和用于改变带电粒子束在样品平面中的照射位置的第一偏转系统。带电粒子束系统还包括样品室，其包括用于保持待处理样品的样品台，以及配置为创建和存储样品表面的高度图的控制器。所述控制器进一步配置为根据所述高度图依赖于带电粒子束的照射位置动态地调节带电粒子束系统中的物镜。

基于高度图中的数据，针对将由带电粒子束处理的样品上的每个位置，带电粒子束的聚焦可以被优化和调节。

在实施例中，控制器进一步配置为接收样品表面的设计数据，并且所述控制器进一步配置成基于所述设计数据和将样品加载到样品室的过程中或之后记录的数据的组合来控制第一偏转系统。基于根据设计数据的对准标记的位置与在记录的图像中识别的对准标记的位置的比较，相对于所述带电粒子束系统的光轴的样品对准可以被执行。

带电粒子束柱可以是离子束柱，其包括用于形成离子束的离子源，并且带电粒子束系统还可以包含电子光学柱，其具有用于形成电子束的电子源。电子束或离子束可以用于样品和离子束柱的光轴之间的精细对准步骤。另外，无论是电子束或离子束可用于记录高度图。

控制器可以进一步配置为依赖以电子束或离子束记录的图像中所识别的位置来调节所述带电粒子束的照射位置。

样品台可以在至少三个线性独立的方向提供定位在样品台的样品的可运动性，并且样品台可包括测量系统，用于测量所述样品台的移动。测量系统可以提供5nm或更小的测量精度。测量系统可以包括干涉测量系统。此外，测量系统可以提供用于样品垂直于带电粒子束系统光轴的方向的移动的干涉测量系统，以及用于测量样品沿着带电粒子束系统光轴的方向的移动的干涉测量系统。

带电粒子束系统还可以包括光学图像记录系统，用于记录样品表面的图像，并且控制器可以配置为接收以光学图像记录系统记录的图像。基于根据设计数据的对准标记的位置和记录的光学图像中识别的对准标记的位置的比较，样品相对于带电粒子束系统的光轴的粗略对准可以被执行。

带电粒子束可以包括离子。

带电粒子束系统可以另外包括像散校正装置，并且控制器可以进一步配置成基于通过带电粒子束扫描样品表面的一部分所记录的图像和扫描时被致使离开样品表面的相互作用产物的检测来调节像散校正装置。在长的处理时间期间，对限定的且已知的结构的图像的记录可用于通过重复记录限定的结构的图像和评估这些记录的图像来重新对准和重新校准带电粒子束系统。

带电粒子束系统可以包括第二偏转系统，并且控制器可以进一步配置成基于通过带电粒子束扫描样品表面的一部分所记录的图像和扫描时被致使离开样品表面的相互作用产物的检测来调节所述第二偏转系统。在长的处理时间期间，对限定的且已知的结构的图像的记录可用于通过重复记录限定的结构的图像和评估这些记录的图像来重新对准和重新校准带电粒子束系统。

控制器可以进一步配置为基于样品区域的处理过程中离开样品的相互作用产物来控制照射在待处理样品区域的带电粒子剂量。

另一个实施例的特征在于，一种带电粒子束系统包括的带电粒子束柱，其具有形成带电粒子束的带电粒子源，物镜，像散校正装置和用于改变样品平面中的带电粒子束的照射位置的第一偏转系统。带电粒子束系统还包括样品室，其包括用于保持待处理样品的样品台，用于检测在带电粒子束照射样品表面期间被致使离开样品的相互作用产物的检测器，以及配置为基于所述检测器的输出信号产生图像数据的控制器。所述控制器可进一步配置为基于通过带电粒子束扫描样品表面的一部分所记录的图像和扫描时被致使离开样品表面的相互作用产物的检测来调节所述像散校正装置。

另一个实施例的特征在于，一种带电粒子束系统包括的带电粒子束柱，其具有形成气体场离子束的带电粒子源，物镜，和用于改变样品平面中的带电粒子束的照射位置的第一偏转系统。带电粒子束系统还可以包括样品室，其包括用于保持待处理样品的样品台，用于检测在带电粒子束照射样品表面期间被致使离开样品的相互作用产物的检测器，以及配置为基于所述检测器的输出信号产生图像数据的控制器。该控制器可以进一步配置为基于样品区域的处理过程中离开样品的相互作用产物来控制照射在待处理样品区域的带电粒子剂量。

根据另一个方面，本发明的特征在于，一种处理样品的方法包括以下步骤：

a.加载样品到带电粒子束系统的样品室，

b.使用光学成像系统或电子束系统产生样品的表面的图像，

c.识别图像中的参考标记，

d.基于识别的参考标记确定样品表面上的参考标记的位置，

e.基于参考标记的位置和样品的设计数据确定待处理的第一区域的位置，

f.根据在步骤e中确定的位置偏置带电粒子束系统的偏转系统，以及

g.将带电粒子束照射到第一区域。

在实施例中，样品可以包括超导材料膜，其至少部分地覆盖有导电层，并包含至少一个第一区域，在该第一区域中，超导膜没有被导电层覆盖。

基于根据设计数据的对准标记的位置和记录的光学图像中识别的对准标记的位置的比较，样品相对于该带电粒子束系统的光轴的粗略对准可以被执行。

该方法还可以包括记录样品表面的高度图的步骤。基于高度图中的数据，针对待由带电粒子束的照射处理的样品上的每个位置，带电粒子束的聚焦可以被优化和调节。因此，该方法可以进一步包括基于高度图在步骤g调节带电粒子束的焦点位置的步骤。

高度图可以通过使用电子束或气体场离子束进行记录。

该方法可以进一步包括以下步骤：当带电粒子束照射到第一区域时，测量带电粒子束与样品的相互作用产物的数量，并基于相互作用产物的测量数量，通过比较相互作用产物的测量数量与相互作用产物的预定数量，动态地调节带电粒子束照射到第一区域上的停留时间。这样，带电粒子照射在特定样品区域的剂量可以通过检测相互作用产物来控制。替代地，带电粒子照射在特定样品区域的剂量可以通过在前述电流测量步骤测量所述带电粒子束中的电流来确定，在所述步骤中，例如，带电粒子束偏转到法拉第杯，并且法拉第杯和电接地(electricground)之间的电流被测量。通过测量的电流乘以所施加的停留时间，并将该乘积除以样品表面上的带电粒子束的斑面积，离子剂量的值可以被确定。在特定区域的样品处理期间，带电粒子束扫描过样品表面，因为待处理的区域面积比所述样品表面上的带电粒子束的斑面积大，当基于所述带电粒子束的电流确定带电粒子剂量时，该扫描施加的步幅也可以被考虑。如果所施加的步幅比样品表面上的带电粒子束的直径小，这是特别合适的。

该方法还可以包括以下步骤：用物镜聚焦带电粒子束以在离物镜第一距离处产生聚焦的带电粒子束斑，并相对于所述带电粒子束定位样品，以使超导膜具有离物镜的第二距离，其中第一距离大于或小于第二距离。通过带电粒子束的受控轻微散焦，带电粒子束的强度分布可以被调节，以在束的边界急剧增加和减少。这特别适用于其中气体场离子束用作带电粒子束来处理样品的情况。由于气体场离子束在轻度散焦状态可以具有小锥角，离子束的直径不会穿过待处理样品(即沿高温超导材料膜的厚度)而大幅变化。第一距离可以比第二距离大或小至少1μm。第一距离也可以比第二距离大或小至多100μm。尤其是，第一距离可以比第二距离大或小至少1μm至100μm，优选为10μm至100μm。

在实施例中，离子光学柱可以包括束限制孔，并且该方法可以进一步包括调节物镜以将束限制孔投射到样品表面上。投射束限制孔到样品表面可以使得样品表面上的离子束强度分布具有礼帽形式(top-hatform)。

该方法还可以包括以相对于物镜的电压为负或正的电压偏置样品的步骤。对样品施加负电压偏置(negativevoltagebias)会增加照射样品表面时的离子着陆能量。这样，可以加工具有增加厚度的高温超导体材料膜。

该方法还可以进一步包括以下步骤：根据在前面步骤中确定的位置反复偏置带电粒子束系统的偏转系统，并且对于第一数量的第一区域，将带电粒子束照射至第一区域，而不相对于离子束柱移动样品。以这种方式，多个第一区域可以通过仅仅使用偏转范围进行处理，在该偏转范围中带电粒子束可以由第一束偏转系统偏转。

该方法可以进一步包括以下步骤：根据在前面的步骤确定的位置，相对于带电粒子束柱移动样品，并反复偏置带电粒子束系统的偏转系统，以及对于第二数量的第一区域，将带电粒子束照射至所述第一区域。这样，包括多个待处理位置的大样品可以被处理。该方法可以进一步包括相对于带电粒子束柱测量样品台的移动的步骤。

带电粒子束可以是离子束，并且该方法还可以包括通过离子束溅射或离子束引致的气体化学沉积将系统对准标记写入样品，并周期性地记录标记的图像的步骤。通过评估系统对准标记的图像，系统参数可以被重新调整并重新校准，以减少长期漂移产生的任何影响。该方法因此还可以进一步包括基于系统对准标记的记录的图像调节带电粒子束系统的参数的步骤。

另一个实施例的特征在于，制造约瑟夫森结的方法，其包括以下步骤：提供样品，其包括至少部分地覆盖有导电层并包含至少一个第一区域的超导材料膜，在该第一区域中，超导膜没有被导电层覆盖；以及将离子束照射至第一区域。

在一个实施例中，离子束以至多100皮安培培的离子电流照射样品至多1毫秒的停留时间。

在另一实施例中，方法还包括检测由于离子束照射样品而在离子束照射期间被致使离开样品的相互作用产物，并基于多个检测的相互作用产物数次或持续重复离子束照射的步骤。

在执行该方法时，离子束中的离子平均能量可以是在10千电子伏至100千电子伏之间的范围内。

该方法可以进一步包括以下步骤：提供具有物镜的离子光学柱，用物镜聚焦离子束以产生离物镜第一距离的聚焦离子束斑，并相对于离子束定位样品，使得超导膜具有离物镜的第二距离，其中第一距离比第二距离更大或更小。

在一特别的实施例中，第一距离比第二距离大或小至少10μm。在另一实施例中，第一距离比第二距离大或小至多100μm。特别是，第一距离可以比第二距离大或小10纳米至100纳米。

样品的处理过程中提供离子束的受控散焦会导致照射样品时离子束的有利的离子强度分布。特别是与高斯强度分布相比，强度分布在束的边界处可以具有更急剧的束强度增加和降低。由此，束引致的位错可以在预测的区域内更均匀地产生。

在另一特别的实施例中，离子光学柱包括束限制孔，并且所述方法进一步包括调节物镜以投射束限制孔到膜上。

在另一实施例中，通过照射离子束处理样品的过程中，该方法可包括用电压偏置该样品的步骤，该电压相对于物镜的电压是负的或正的。负的样品偏置导致带电粒子束柱的物镜和样品之间的离子束中的离子的平均能量的增加和后加速。由于增加的平均束能量，离子可以更深地穿透进入样品。从而，与具有较低平均离子束能量的情况相比，束引致的位错可以在较厚的样品中产生。

在另一实施例中，样品可包括相对于第一区域在预定位置处的参考标记，并且该方法可以包括以下步骤：通过离子束或电子束扫描样品包括参考标记但不包括第一区域的第二区域，检测由于扫描第二区域时照射的离子束或照射的电子束导致离开样品的相互作用产物，基于检测的相互作用产物确定参考标记的位置，基于参考标记的位置确定第一区域的位置，将电压施加到离子束柱中的偏转系统来偏转离子束至第一区域，以及照射离子束到第一区域中的样品上来处理在第一区域中的样品。

在另一实施例中，针对第一数量的不同的第一区域，照射离子束到第一区域的步骤可以重复，而不相对于离子束柱移动样品。这样，通过仅使用离子束可以由第一偏转系统偏转而无需移动样品的范围，多个约瑟夫森结可在样品上的不同位置产生。

在又一个实施例中，该方法可包括以下步骤：相对于所述离子束柱中移动样品，此后针对第二数量的第一区域，重复照射离子至第一区域的步骤，以处理第一区域。这样，多个约瑟夫森结可以在非常大的样品上的不同位置产生。

在另一实施例中，离子束柱是具有样品台的离子束显微镜的一部分，并且样品台包括至少一个测量系统，用于测量样品台相对于离子束柱的运动。

在又一个实施例中，该方法可以包括通过离子束溅射或离子束引致的气体化学沉积将系统对准标记写入样品，并周期性地记录标记的图像的步骤。通过评估系统的周期记录的图像，可以产生用于重新调整和/或重新校准系统的对准标记数据。这样，可以实现产生多个约瑟夫森结所需的工艺长期稳定性。在一实施例中，方法可以进一步包括基于系统对准标记的记录的图像来调节带电粒子束系统的参数。

在另一实施例中，本发明的特征在于制造约瑟夫森结的方法，其包括以下步骤：提供样品，包括超导材料膜，其至少部分覆盖有导电层，并包含超导膜不由导电层覆盖的至少一个第一区域；并在至少100纳秒的停留时间期间照射离子的离子束至第一区域。

在又一个实施例中，样品可包括相对于第一区域在预定位置的参考标记，并且该方法可以包括进一步的步骤：提供具有偏转系统的离子光学柱，用于将离子束偏转至垂直于离子束传播方向的方向，通过离子束扫描样品包括参考标记但不包括该第一区域的第二区域，并且当扫描第二区域时，检测通过离子束而被致使离开样品的相互作用产物。该方法还可以包括以下步骤：基于检测的相互作用产物确定参考标记的位置，基于参考标记的位置确定第一区域的位置，将电压施加到偏转系统以偏转离子束至第一区域，和其后执行照射离子束到第一区域以处理在第一区域的样品的步骤。基于包括参考标记的图像，可以进行样品和带电粒子束之间的精细对准步骤。

在另一实施例中，离子束柱可以进一步包括物镜，并且该方法可以进一步包括以下步骤：用物镜聚焦离子束以产生离物镜第一距离的聚焦离子束斑，和相对于离子束定位样品，以使超导膜具有离物镜的第二距离。第一距离可以大于第二距离。受控散焦所实现的优点已经在上面描述了。

再次，第一距离可以比第二距离大至少10μm和/或第一距离可以比第二距离大最多100μm。尤其是，第一距离可以比第二距离大10μm至100μm。替代地，离子光学柱可以包括束限制孔，并且该方法可以进一步包括调节物镜以投射束限制孔到膜的步骤。

在又一个实施例中，本发明的特征在于产生多个约瑟夫森结的方法，其包括以下步骤：提供包括超导材料膜的样品，该超导材料膜至少部分地覆盖有导电层，并包括多个第一区域，在所述多个第一区域，所述超导膜不由导电层覆盖；通过照射带电粒子束到多个第一区域中的选定数量的第一区域来处理几个第一区域；在处理期间记录照射到每个处理的第一区域的带电粒子剂量；和提供一输出协议，其包括照射到每个处理的第一区域的离子剂量。

输出协议可以包括用于每个处理的第一区域的关于每个单独第一区域的处理期间离子束参数的信息。特别是，输出协议可以包括用于每个第一区域的关于该第一区域在样品上的位置与施加到每个单独第一区域的离子剂量的测量值的信息。基于经验和输出协议中的数据，每个产生的约瑟夫森结可以根据其各自的分类进行分类和选择。

为了收集用于输出协议的数据，该方法可以进一步包括以下步骤：检测当带电粒子束照射至每个处理的第一区域时被致使离开样品表面的相互作用产物，并且基于检测的相互作用产物的数量确定带电粒子剂量。基于照射的带电粒子束中带电粒子的数量和检测的相互作用产物的数量之间的已知比例，照射到每个第一区域的带电粒子剂量可基于在处理第一区域中的样品时检测的相互作用产物的数量来确定。

在另一实施例中，该方法可包括进一步的步骤：在样品表面上写入参考标记，通过用带电粒子束扫描参考标记来记录参考标记的图像，以及基于从参考标记的记录的图像推导的信息调节带电粒子光学部件。特别是，带电粒子光学部件可包括像散校正装置、束偏转系统和物镜中的至少一个。并且，该方法可以包括基于从参考标记的一个或多个图像推导的数据调节像散校正装置，束偏转系统和物镜中的至少一个的步骤。

附图说明

实施例的进一步的特征和优势在附图的以下描述中公开。

图1是带电粒子束系统的示意图；

图2是带电粒子束系统的另一实施例的示意图；

图3是示出散焦带电粒子束的图；

图4是示出孔径光阑在物体平面中的投影的示意图；

图5是包括几个芯片区域的样品表面的顶视图；

图6是图5中的样品表面的局部的放大顶视图；

图7是实施例的工艺步骤图；

图8是带电粒子束在第一操作模式的强度分布的示意图；

图9是带电粒子束在第二操作模式的强度分布的示意图；

图10是第二实施例中带电粒子束在第二操作模式的强度分布的示意图；

图11是示出在特定的停留时间内处理样品的示意图；

图12是带电粒子束系统的另一实施例的示意图；

图13是带电粒子束系统的又一实施例的示意图；

图14是大样品的处理期间带电粒子束柱的重新调整期间执行的工艺步骤图。

具体实施方式

图1示出了带电粒子束系统1，其包括真空样品室2、第一带电粒子束柱3和第二带电粒子束柱4。第一带电粒子束柱3是用于提供作为第一带电粒子束的离子束的离子束柱。所述第一带电粒子束柱3可以是气体场离子束柱，特别是气体场氦离子束柱或气体场氖离子束柱。

离子束柱3包括离子源5，引出电极6和加速度电极7。离子源5包括具有尖端顶点的尖端(tip)。通过以与离子源5相比的高电压偏置引出电极6，供给到离子源的操作气体的气体原子在尖端顶点附近被电离，以提供正离子化的气体原子束。在一实施例中，气体场离子源中的气体包括惰性气体，如氦，并且在离子束中的离子相应地包括正的惰性气体离子。

通过在加速度电极7和离子源5之间施加附加高电压，离子束被加速到其柱束能量(columnbeamenergy)。

在该离子束的束传播方向上，跟随有双偏转系统8，9。此具有偏转电极的双偏转系统8，9用来相对于在第一带电粒子束柱3的终端部的物镜的光轴调节离子束的中心。此外，所述第一带电粒子束柱包括像散校正装置10，像散校正装置10为两个不对准的四极元件或八极元件的形式，该离子束的像散特性可通过其进行调节。

跟随束传播方向，第一带电粒子束柱3包括孔径光阑11，另一双偏转系统12，13和具有三个电极14，15和16的物镜。在物镜附近具有偏转电极12和13的偏转系统在本文中也称为第一偏转系统，用于在垂直于物镜14，15，16光轴的方向上偏转离子束。具有三个电极14，15和16的物镜用于在束传播方向上将离子束聚焦在距物镜的最后电极16的特定距离处。

在样品室2内，样品台18安装成使得放置在样品台18的顶表面上的样品可以在三个独立的线性方向上移动(两个方向垂直于物镜的光轴，并且一个方向沿着或同轴于物镜光轴的方向)以及倾斜和旋转(倾斜轴垂直于物镜的光轴取向，并且旋转轴平行或同轴于物镜的光轴取向)。

另外，检测器17布置在样品腔2内。检测器17构造和设计成检测由于离子束在样品表面的照射而被致使离开样品表面的相互作用产物。

第二带电粒子束柱4呈电子束柱的形式。该第二带电粒子束柱4包括发射电子的电子源24，从电子源24提取电子的几个电极25、26，和调节电子束的电流的阳极27。通过在电子源24和阳极27之间施加高电压，从电子源24提取的电子被加速到其柱能量。

在电子束的束传播的方向的下游，第二带电粒子束柱4包括物镜28，该电子束通过其在电子束的束传播方向聚焦到物镜28下游的一个小点。物镜28可以是磁透镜，包括具有间隙的磁极靴(magneticpolepiece)。在磁极靴的间隙内，偏转系统30布置成电子束能够通过其偏转至垂直于由虚线表示的物镜28的光轴的方向。此外，在电子束柱内，所谓的透镜内检测器(in-lensdetector)29布置成通过其能够检测由于照射电子束而被致使离开样品的相互作用产物。

替代磁透镜，电子束柱的物镜28可以是静电透镜。

第一带电粒子束柱3和第二带电粒子束柱4布置为相对于彼此成特定角度，以使第一带电粒子束柱和第二带电粒子束柱的光轴相交于特定点31，即重合点。样品台18可定位在样品室2内，这取决于安装在样品台18的顶表面上的样品的高度，从而使重合点31定位于安装在样品台18上的样品的表面上。这样，安装在样品台18上的样品的顶表面上的任何点可以同时由两个不同的带电粒子束，即离子束和电子束进行探查。另一方面，通过用电子束照射样品表面和检测由于照射电子束(二次电子或背散射电子)被致使离开样品表面的相互作用产物，还可以同时探查样品表面上的任何点，并同时通过第一带电粒子束柱3的离子束处理样品。

样品台18以电隔离的方式安装在样品室2内，使得高电压可以通过高电压源32施加到样品台18。通过施加高电压到样品台18和安装在样品台上的样品，带电粒子在照射到定位在样品台18上的样品时的着陆能量可以增加或减少。特别是，样品台18可以通过电势偏置，该电势与离子束柱(第一带电粒子束柱3)的最后透镜电极16的电势相比是负的，使得离开第一带电粒子束柱的离子的着陆能量将大于第一带电粒子束柱3内的离子的柱能量。

样品台18包括位置测量系统(未示出)，其设计和构造成使得可以为5nm或甚至更好的精度测量样品台18的线性运动。特别是，样品台18的位置测量系统可以是干涉测量系统。第一和第二干涉测量系统被提供用于测量样品台18在两个垂直于第一带电粒子束柱3光轴的方向上的运动。第三干涉测量系统被提供用于测量样品台18的顶表面在沿着或平行于第一带电粒子束柱3光轴的方向的运动。

附着到样品室2的是加载锁(load-lock)19，其用于从样品室2的外部输送样品进入样品室2。加载锁19包括照相机20，当样品被定位在加载锁19内时，该样品的光学图像和其相对于样品架的定位能够通过该照相机被记录。

带电粒子束系统还包括控制器21，控制器21配置成从加载锁中的照相机20、样品室2中的检测器17、第二带电粒子束柱4内的透镜检测器29以及从数据文件22接收数据。控制器21还配置成控制第一带电粒子束柱3和第二带电粒子束柱4内的各种部件。理想地，控制器21配置成控制施加到第一带电粒子束柱3的物镜的电极14、15、16和所述第一带电粒子束柱3中的第一双偏转系统的电极12和13上的电压，施加到第一带电粒子束柱3的像散校正装置10的电极上的电压，以及施加到第一带电粒子束柱3内的第二双偏转系统的电极8，9上的控制电压。另外，控制器21配置成控制施加到样品台18的电压，以在照射样品表面之前改变带电粒子的着陆能量。理想地，控制器21配置为施加电压到样品台18，该电压相对于第一带电粒子束柱3的最后电极16的电压是负的，使得离开第一带电粒子柱3的离子在所述第一带电粒子束柱的物镜的最后电极16和样品表面之间被加速。控制器21还配置成经由计算机可控的高电压源32控制样品台的偏置电压。

此外，控制器21配置成接收待处理样品的设计数据22。此外，控制器21配置为基于样品处理期间的记录生成数据文件23。

下面，带电粒子束系统的操作将参考图5，6和7进行说明。

当样品在第一步骤70被装入加载锁19中时，样品表面的图像在第二步骤71由照相机20记录。由照相机20记录的数据被馈送到控制器21，并且在步骤72通过控制器21与装载到加载锁19的样品的设计数据22进行比较。

示例性样品40的顶视图示于图5。该样品40包括至少一个但通常是非常多的芯片区域45a至45i，其中9个芯片区域示于图5中。还应当指出的是，其它数量的样品芯片区域是可能的，并且芯片区域的数量可以小于9，即1和8之间，或甚至大于9。

在一个边界区域中，样品40包括粗略对准标记41至44，它们以一种方式并关于它们的尺寸构造成使得这些粗略对准标记41至44可以在照相机20记录的图像中被识别，并且对准标记的位置可以在记录的图像中确定。每个芯片区域45a至45i还包括精细对准标记46a至46i，然而其尺寸是如此之小，使得不能在加载锁19上的照相机20所记录的图像中识别这些精细对准标记。

控制器21配置为比较照相机20所记录的图像与样品的CAD设计数据22，并比较记录的图像中的每个粗略对准标记41-44的位置与样品设计数据中的相应粗略对准标记41-44的位置。在步骤74，控制器确定关于粗略对准标记41-44的区域，其中，在每个芯片区域中，各精细对准标记46a-46i的位置必须被预期。

在下一步骤中，样品从加载锁19输送到样品室2。而后借助于离子束或电子束执行精细对准步骤73。如果以离子束执行此精细对准步骤73，离子束柱的第一偏转器12，13用于扫描精细对准标记46a至46i在每个芯片区域45a至45i内的预期位置周围的小区域。在此扫描期间，由于照射离子而致使离开样品表面的相互作用产物，特别是二次电子，由室检测器17检测，并且检测信号由控制器21依据该离子束照射到样品表面的位置来记录。

作为离子束的替代，第二带电粒子束柱4的电子束还可以用于此精细对准步骤73。在这种情况下，电子束在精细对准标记46a至46i将被预期并且包括所述精细对准标记的区域内被扫描。由于照射电子而被致使离开样品表面的相互作用产物由电子束柱的透镜内检测器29检测，并且检测信号由控制器21依据该电子束照射到样品表面的位置来记录。

通过图1中所示的系统，操作员可以事先选择电子束或离子束是否被用于记录这些图像。

图6的元件示出了单个芯片区域45，从而使样品包括覆盖有薄的高温超导材料膜47的基板50，例如YBCO或另一种合适的稀土氧化物材料。合适的样品的具体设计在背景技术部分中引用的ShaneCybart等人的文章中公开。该文章公开内容通过引用完全并入本文，特别是关于合适样品的制备。

样品包括区域48，48a，48b，48c，其中，高温超导材料膜47由导电层48，48a，48b，48c覆盖，例如金层。装置的制造完成之后，这些导电层和层部分可以形成电气端子(electricalterminal)。

单独导电结构48a，48b，48c之间设置未覆盖导电层的区域49a，49b，49c。这些区域49a，49b，49c是约瑟夫森结将要产生在其中的区域。因为通过带电粒子束引致的位错产生约瑟夫森结对施加的带电粒子束剂量非常敏感，这些区域49a，49b，49c形成禁区，在任何对准步骤中没有带电粒子束应该照射在该禁区上。带电粒子向这些禁区之一的任何照射将被限制到最后的处理步骤。

基于通过用离子束或电子束在步骤73中扫描精细对准区域46a-46i周围的区域并比较每个精细对准标记的测量位置和根据样品设计数据文件22的相应预期位置所确定的精细对准标记46的位置，在步骤76，控制器确定每个禁区49a-49c的位置。

应当指出，在图6中，只有三个禁区被示出，但如果更多的约瑟夫森结将产生，则每个芯片区域45可以具有更大数量的禁区49。

在下一步骤77，通过使用离子束或电子束来创建样品高度图。

为了使用离子束创建高度图，在禁区49a，49b，49c以外的每个芯片区域45a-45i的位置被离子束扫描，并且对于每个芯片区域，最佳聚焦设置被确定。这可以使用自动对焦机构，例如通过使用具有不同物镜(电极14，15，16)聚焦设置的离子束扫描样品表面上的小区域，确定通过该小区域扫描记录的各图像内的对比度或空间频率，并反复改变物镜的聚焦设置直至最佳图像对比度和/或显示出最高的可能空间频率的图像被记录来实现。对于每一个分别扫描的位置，最佳聚焦设置通过控制器21记录并存储。针对多个区域重复这些步骤，这多个区域或多或少均匀地分布在整个样品表面但总是在任何禁区49a-49c以外。在针对禁区49a-49c以外的多个区域的高度图被创建之后，控制器21通过为在每个禁区附近的区域内插最佳聚焦设置，产生用于每个禁区49a至49c的内插最佳聚焦设置。

代替使用离子束创建高度图，在步骤77替代地可使用电子束创建高度图。该过程与刚才描述的过程相同，唯一区别在于禁区49a-49c以外的各样品区域由第二带电粒子束柱4的电子束扫描，并且通过改变电子束柱的物镜28的强度，控制器生成高度图或用于禁区49a-49c以外的样品表面上的每个区域的最佳聚焦设置图。如果高度图是使用电子束记录的，然而，如果样品的后续处理是要用离子束执行，则需要进一步转换以将以电子束记录的高度图转换成用于离子束的图。

通过图1中所示的系统，操作者可以事先选择是使用电子束还是使用离子束记录高度图。

在精细对准步骤74和在步骤77中记录高度图之后，另一对准步骤75被执行。在该另一对准步骤75中，第一带电粒子束柱3的离子束偏转以照射到样品区域上的相对于精细对准标记46a-46i且在任何禁区49a-49c以外的限定位置。对于该位置，根据高度图的最佳聚焦设置被调整，然后，使用离子束，非常小的参考标记，例如如图6中区域51所示的交叉在步骤75通过离子束溅射写入该区域51。

替代地，在步骤75中，小参考标记或基准可以通过气体辅助的带电粒子束引致的化学法创建，例如气体辅助带电粒子束引致的蚀刻或带电粒子束引致的沉积。

而后，在步骤75创建的该参考标记(在此也称为系统对准标记)可用于离子束柱的自动束对准，并补偿长期漂移，如果必须创建具有非常大量的约瑟夫森结的大样品，长期漂移会成为干扰，并且处理时间将相应变长。在样品的稍后处理期间，不时地重复步骤82，包括参考标记的区域51可以通过离子束进行扫描，并且参考标记的图像可通过检测由于照射的离子而被致使离开样品表面的相互作用产物并借助于记录的检测信号形成该区域51的图像而被记录。用于离子束柱的自动对准和补偿长期漂移的详细过程将在下文中更详细地解释。

各对准步骤完成之后，可以开始处理样品和在各禁区49a-49c中产生约瑟夫森结。

该过程的各个步骤由控制器21控制，控制器21特别配置为识别样品图像和样品架图像中的粗略对准标记，并计算样品的这些粗略对准标记在图像中的位置。控制器21还配置成比较这些粗略对准标记的位置与由样品的CAD数据22提供的这些粗糙对准标记的位置。控制器配置成基于对记录的图像中粗略对准标记41-44的位置与根据CAD数据22的这些粗糙对准标记的位置的比较，确定精细对准标记46a-46i在每个样品区域45a-45i中的位置。控制器21配置成控制由第一带电粒子束柱3或第二带电粒子束柱4执行的精细对准步骤。如果第一带电粒子束柱3用于此精细对准步骤，控制器控制具有偏转电极12，13的第一偏转系统，以偏转第一带电粒子束柱的离子束至一个样品场45a中的一个对准标记46a附近的位置。控制器配置成控制偏转系统，使得该精细对准标记46a周围并包括该精细对准标记46a的小区域由离子束扫描，并且该区域的图像通过由检测器17检测由于照射的离子束而被致使离开样品的相互作用产物来记录。控制器进一步配置成控制第一偏转系统，使得针对每个样品区域45b-45i重复该记录包括精细对准标记的区域的图像的步骤。

代替通过第一带电粒子束柱3的离子束记录包括精细对准标记46a-46i的区域的图像，控制器可通过使用第二带电粒子束柱4的电子束控制包括精细对准标记46a-46i的区域的图像的记录。在后一种情况下，控制器配置成控制电子束的偏转系统30来相继地扫描包括精细对准标记46a-46i的期望区域。通过图1中所示的系统，操作员可以预先选择是使用电子束还是使用离子束记录这些图像。

在第二比较步骤中，控制器21配置为识别各精细对准标记46a-46i在记录的图像中的位置，并比较这些识别的位置与根据CAD数据22的这些精细对准标记46a-46i的位置。控制器21进一步配置为基于这样的比较确定样品45内禁区49a-49c的位置。控制器21还配置为控制样品的高度图的记录。高度图的记录可以由第一带电粒子束柱3或第二带电粒子束柱4执行。如果提供离子束的第一带电粒子束柱用于记录样品45的高度图，控制器21控制第一带电粒子束柱3的具有偏转电极12，13的第一偏转系统，以扫描每个样品区域45a-45i的禁区49a-49c以外的样品区域。扫描样品区域45a-45i的同时，由于照射的离子而被致使离开样品的相互作用产物由检测器17检测，并且检测器17的检测信号由控制器21读出。对于第一带电粒子束柱3的第一偏转系统的每个扫描位置，控制器21同时控制和改变具有电极14，15，16的物镜的强度，直至获得示出最强对比度的图像。对于每个相应的场区域，施加到提供最佳对比度的离子束柱的具有电极14-16的物镜上的电压通过控制器21记录并存储。存储的用于样品45上每个区域的透镜激励(lensexcitation)连同相应样品区域的坐标形成高度图的分量。控制器21还配置为在样品45的每个禁区49a-49c附近记录的值之间进行内插，从而为每个禁区创建物镜的内插高度值或最佳调节值。如上所述，作为通过离子束记录样品45的高度图的替代，第二带电粒子束柱4的电子束也可以用于记录高度图。在后一种情况下，控制器21控制第二带电粒子束柱4的偏转器31来扫描分布于任何禁区49a-49c以外的样品40整个表面上的不同区域，并通过透镜内检测器29检测由于照射的电子束而被致使离开样品40的相互作用产物。控制器21还配置为控制第二带电粒子束柱4的物镜28变化，直到针对每个区域，具有最佳对比度的图像被记录。在该替代的情况下，在图像中提供最佳对比度的透镜激励连同各个图像被记录的位置的坐标形成高度图的分量。再次，通过图1中所示的系统，操作员可以事先选择是用电子束还是用离子束记录高度图。因此，控制器21构造成使得操作者可以选择是否要通过电子束或离子束的帮助产生高度图。

还在高度图的分量通过电子束记录的情况下，控制器通过在每个禁区49a-49c附近内插高度值确定每个禁区49a-49c的内插高度值。

在样品表面太大以至于无论在精细对准步骤期间还是高度图生成期间不能仅通过偏转离子束或电子束记录各种图像的情况下，通过移动样品台18，样品可以在垂直第一带电粒子束的光轴的方向上运动。样品台18的定位或样品台在各种图像的记录之间的运动由样品台18的干涉测量系统测量，并且在高度图的生成期间和每个样品区域45a-45i的禁区49a-49c的位置的确定期间，这些运动由控制器21考虑。

除了已经描述的对准步骤之外，样品区域的图像可以通过使用离子束或电子束作为初级带电粒子束而被记录，并且由于以关于带电粒子束柱的光轴在样品表面的各种倾斜角度照射的带电粒子束而被致使离开样品的相互作用产物的检测可用于记录这些图像。为了改变各倾斜角度，样品台可以围绕一轴旋转，该轴垂直于两个带电粒子束柱3和4的光轴。通过使用适当且已知的软件算法，并使用已经记录的高度图，样品表面的三维模型可以通过控制器21来创建。

各对准步骤已经完成之后，在步骤80，控制器21控制样品40的处理。在此处理期间，控制器21控制在步骤78的离子束的物镜的激励，以在该步骤中为待处理的禁区49a提供最佳聚焦设置。同时，在步骤79，控制器控制具有电极12，13的第一偏转系统，以偏转离子束至在该处理步骤80待处理的禁区49a的位置。然后，离子束被打开(switchon)和控制以照射到待处理的区域49a上。当离子束照射到待处理的禁区49a上时，由于照射的离子而被致使离开样品表面的相互作用产物由检测器17检测。基于检测器信号，控制器21确定在预定的停留时间照射到待处理的区域的离子剂量。基于检测器17在全部时间(在此期间，离子束照射到禁区49a的每一个上(停留时间))积分的(integrated)输出信号17，控制器21确定照射到该区域49a的离子剂量，并将各个值与有关相应处理区域的位置信息一起存储在输出数据文件23中。如上所述，在替代实施例中，照射在待处理的区域49a上的带电粒子剂量可以通过在前述电流测量步骤测量在带电粒子束中电流，并通过使测量的电流与所施加的停留时间相乘，以及用该乘积除以在该处理期间在样品表面上的带电粒子束的斑面积来确定。如果这种确定离子剂量的方法通过控制器21应用，以这种方式估计或计算的各个值与关于相应处理区域位置的信息一起存储在输出数据文件23中。

如图11所示，在关于焦点和当照射到待处理的任何区域(禁区)之外的样品表面时的带电粒子电流调节带电粒子束之后，带电粒子束偏转以照射到该禁区，并在步骤179施加到该禁区。当带电粒子束照射到禁区时，离开样品表面的粒子在步骤180被检测，在带电粒子束照射到这个区域时随时间积分，并且在步骤181将积分值(integratedvalue)与预定的极限值进行比较。当在步骤182中积分值超过了预定的极限值，在步骤183，通过偏转带电粒子束至任何禁区以外的区域，该处理停止。在步骤184，停止处理时的积分值被记录。在步骤179开始处理和在步骤183停止处理之间流逝的时间限定停留时间。

如以上参考图11所述的工艺由控制器21控制。以这种方式，控制器通过控制停留时间控制照射到每个禁区的带电粒子剂量。

在每个单独禁区的处理期间，带电粒子束被调节到在样品40的膜内具有500pm至1000pm的最大束直径。处理期间带电粒子束的位置精度优于10nm，并且理想地在1nm至10nm的范围内。以在每平方厘米10¹⁴至10¹⁸个带电粒子的范围内的带电粒子剂量处理每个禁区在100ns和1ms之间的范围的停留时间。

通过如刚才所述的相同的方式，所有禁区49a至49c相继被处理。对于每一个禁区，根据高度图的数据调节离子束柱3的物镜的激励(施加到物镜的电极14，15，16上的电压)，使得对于每个禁区实现包括期望的受控散焦的期望聚焦设置。对于这种动态聚焦(动态聚焦因为聚焦设置可以在一个禁区的处理和下一个禁区的处理之间变化)，控制器21配置为确定下一个待处理的禁区位置，基于高度图读取用于该位置的相应聚焦设置，基于高度图考虑期望的受控散焦来计算物镜的期望激励，并根据计算的期望激励来调节物镜的激励。

禁区49a-49c的数量变得非常大，并且因此处理时间也变得非常大的情况下，控制器不时地控制偏转系统，以使离子束照射到包括在步骤75产生的系统对准标记的区域51上。通过在步骤83记录该系统对准标记的图像，在物镜的电极14-16的各种激励下，整个系统的任何长期漂移可以通过控制器21确定，并且重新调整或重新校准步骤82的各个结果由控制器21使用，用于在之后必须处理的禁区49b和49c的处理期间确定最佳位置和调节。为了实现离子束的最佳调整，控制器还配置成分析系统对准标记的图像，评估物镜(电极14-16)、像散校正装置10和第二偏转系统8，9的合适设置，以及分别将第二偏转系统、像散校正装置10和物镜的激励改变为各个部件的评估的合适设置。这个重新对齐步骤82将不时地并且视需要经常重复，以确保每个禁区由在待处理的样品表面具有期望的束特性的带电粒子束处理。

在图7中描述的离子束柱的重新调整过程和单个步骤82“对齐至基准点(RegistertoFiducials)”在图14中被更详细地示出。如上所述，在步骤83，系统对准标记的图像通过使用离子束不时地被记录。在大多数情况下，离子束柱3的物镜的不同设置情况下的系统对准标记的一系列图像被记录。在连续的步骤101，控制器21对记录的图像或系统对准标记的系列图像进行图像分析。基于该图像分析，对准偏转器(图1中具有电极8，9的第二偏转系统)、像散校正装置和物镜的最佳设置在步骤102被确定。而后，在步骤103，控制器21控制将对准偏转器和像散校正装置的设置调节至在前面步骤102确定的最佳设置。之后在步骤104继续处理下一个禁区。如上参考图7所述，基于接下来待处理的禁区的坐标，高度图的相应数据由控制器21读取。基于高度图中的各数据和在步骤103确定的最佳目标设置，确定用于接下来待处理的区域的校正的最佳目标设置。物镜被调节到该校正的最佳目标设置，离子束被偏转到接下来待处理的禁区的坐标，并且该禁区是通过将期望的离子剂量施加到该禁区而被处理。对于待处理的多个禁区重复这些步骤。预定数量的禁区被处理后，工艺返回到步骤83，并记录系统对准标记的一个或一系列图像以再进行离子束柱的重新调整。如上所述，离子束柱的重新调整的完整过程由控制器21控制，并且，相应地，控制器21配置成控制重新调整程序的各个步骤。

在完整样品区域45a-45i被处理后，如步骤81所述，标记创建在样品区域的限定区域中，该标记包括代码，在其帮助下，对于每个待处理的禁区，照射到该禁区的带电粒子剂量可以稍后被确定。随后，在步骤84，基于读取该标记或输出数据文件23中的数据，可以选择一芯片，假定该芯片适合于该芯片将执行的期望意图。

图3解释了在样品40处理期间带电粒子束的受控散焦的概念。图3所示的是具有电极14，15和16的物镜和样品台18之间的第一带电粒子束柱的下部。在正常运行期间，特别是当样品的图像被记录时，带电粒子束由物镜控制(通过施加各电压到电极14，15和16)，以照射聚焦束到定位在样品台18上的样品40的表面，即带电粒子束60的焦点与样品40的顶表面重合。当记录样品40的顶表面的图像时，这种操作提供最高分辨率。然而，在处理禁区49a-49c中的样品40期间，不同的电压施加到电极14，15和16，使得带电粒子束60的焦点出现在样品40的表面的上游或下游。在带电粒子束聚焦在样品40的顶表面的情况下，工作距离，即物镜的最后电极16和样品40的表面之间的距离，限定了第一距离。在受控散焦的情况下，最后电极16和带电粒子束的焦点62之间的距离限定第二距离。第二距离比第一距离大或小距离d1。第一距离和第二距离之间的差d1通常是在10μm和100μm之间的范围内。如上所述，受控散焦提供了带电粒子束60的强度分布的更陡的增加和降低。

图8显示了第一模式中样品40的表面的强度分布63，其中带电粒子束60(图3)聚焦到样品40的顶表面上。强度分布描述了每一单位面积和每一时间所照射的带电粒子的数量。在这种情况下，强度分布类似于高斯分布，具有最大值64和广度(broadness)65。

图9示出了第二模式中样品40的顶表面的强度分布64，其中带电粒子束60聚焦在样品40的顶表面下方距离d1处。在样品40的顶表面的强度分布64比第一模式更广，并且最大强度67比在第一模式的最大值64更小。尽管如此，在第二模式的区域69内的强度比在第一模式的区域70更均匀。从而，束引致的位错的产生在第二模式中的分布变得比第一模式更均匀。

图4示出了受控散焦操作的另一方式，其中电极14，15和16以电压偏置，使得带电粒子束柱的孔径光阑11投射到样品40的顶表面上。在这种操作模式中，强度分布变为如图10所示的礼帽分布类型71，在带电粒子束的边界72，73处具有几乎无限大斜率的强度分布。如果这种第三操作模式用于处理样品40，带电粒子束引致的位错的分布变得比上述第二模式更加均匀。

图2示出了带电粒子束系统的第二实施例。如上面参考图1所述，此第二实施例也包括附着到样品室2的第一带电粒子束柱3和第二带电粒子束柱4。第一带电粒子束柱3和第二带电粒子束柱4可以类似于上文参考图1所述的方式来设计。

除了两个带电粒子束柱3，4，该系统包括具有作为光源的激光器91的扫描光显微镜90，一个或多个扫描镜92，物镜93和光检测器94。完整的光显微镜附着到样品室2，同轴于第一带电粒子束柱3的光轴，但位于相反侧，使得第一带电粒子柱的带电粒子束照射到附着于样品台18上的样品40的顶表面，而扫描光显微镜的光束照射到样品40的底表面(与顶表面相对)。

通过用扫描光显微镜90从下面记录样品40的图像，样品40的顶表面上的结构的图像可以通过用聚焦的激光束扫描样品进行记录。该光学图像可用在粗略对准步骤和精细对准步骤之间的附加对准步骤中，或用于在步骤74识别精细对准标记46a-46i的位置。通过使用由扫描光显微镜90记录的光学图像，在精细对准步骤期间或创建高度图期间用带电粒子束扫描禁区的风险可以进一步降低。

另一实施例示于图12中。该系统仅包括单个带电粒子束柱和扫描光显微镜90。单个带电粒子束柱3可以具有类似于上文参考图1描述的第一带电粒子束柱3的设计。扫描光显微镜可具有类似于刚刚参考图2描述的设计。如以上参照图2所述，完整的扫描光显微镜附着到样品室2，同轴于第一带电粒子束柱3的光轴，但在相反侧，以使第一带电粒子柱的带电粒子束照射到附着于样品台18上的样品40的顶表面，而扫描光显微镜的光束照射到样品40的底表面(与顶表面相对)。由图12所示的系统执行的工艺可能与上述相同，唯一的差异在于精细对准步骤和创建高度图是通过在步骤73将离子束照射到样品表面并扫描精细对准标记46a-46i周围的区域进行的。

图13示出了结合光学显微镜的离子束系统的另一实施例。第一带电粒子束柱3(离子束柱)和第二带电粒子束柱的4(电子束柱)的部件与参照图2描述的系统是相同的。图2中示出的系统和图13中所示的系统之间的主要区别在于，具有激光光源191的光学显微镜190、扫描镜192、显微镜物镜193和检测器194布置成使得光束从与第一带电粒子束柱3和第二带电粒子束柱4的带电粒子束照射到定位在样品台18上的样品相同的一侧照射到样品上。在本实施例中，在到达具有结构和参考标记的样品的各层之前，光学显微镜的光束不需要穿过样品的基板。

类似于图2所示的实施例，通过用扫描光显微镜190记录定位在样品台18上的样品的图像，样品的顶表面上的结构的图像可以通过用聚焦的激光束通过扫描样品来记录。该光学图像可用在粗略对准步骤和精细对准步骤之间的附加对准步骤中，或用于在步骤74识别精细对准标记46a-46i的位置。同样在该实施例的情况下，通过使用由扫描光显微镜190记录的光学图像，在精细对准步骤期间或创建高度图期间用带电粒子束扫描禁区的风险可以进一步降低。

当使用气体场离子束处理禁区时，可以施加10皮安培至100皮安培之间的离子束电流。离子束照射到特定禁区的合适的停留时间可以在100纳秒到1毫秒之间的范围内，取决于调节的离子束电流。

施加到样品台和样品的偏置电压相对于样品的处理期间所使用的带电粒子束柱的物镜的最后电极的电压可以是正或负的。在带正电的离子用于处理样品的情况下，可以优选负电压，以增加照射到样品表面时的离子着陆能量。这提供了处理较厚样品(即具有较厚的高温超导材料膜的样品)的可能性，。然而，在特定情况下，并且对于特定高温超导材料，可以期望降低照射到样品表面时的离子着陆能量，以避免意外损坏样品。在这种情况下，与物镜最后电极的电压相比，正电压可以施加到样品，以降低样品的着陆能量。

在特定的实施例中，系统还可以包括读数电子枪，即发射低能量电子的未聚焦电子束的另一电子束柱。读数电子枪可以用于在样品处理期间避免任何样品的带电。然而，读数电子枪仅应当在处理包含对低能量电子不敏感或不是非常敏感的高温超导材料的样品时被使用，或在禁区由保护层保护的情况下被使用，以通过读数电子枪的低能量电子避免在禁区产生任何不希望的或不受控制的位错。

Claims (58)

1.一种带电粒子束系统，包括：

带电粒子束柱，具有形成带电粒子束的带电粒子源、物镜、以及用于改变所述带电粒子束在样品平面中的照射位置的第一偏转系统，

样品室，包括样品台，用于保持待处理样品，以及

控制器，配置为创建和存储样品表面的高度图，并进一步配置为根据所述高度图依赖所述带电粒子束的照射位置动态地调节所述带电粒子束的物镜。

2.如权利要求1所述的带电粒子束系统，其中，所述控制器进一步配置成接收所述样品表面的设计数据，并且其中所述控制器还配置成基于所述设计数据和将所述样品加载到所述样品室期间或之后记录的数据的组合来控制所述第一偏转系统。

3.如权利要求1或2所述的带电粒子束系统，其中，所述带电粒子束柱是离子束柱，并且所述带电粒子束系统还包括具有用于形成电子束的电子源的电子光学柱。

4.如权利要求1-3中任一项所述的带电粒子束系统，其中，所述控制器配置为根据在以所述电子束或所述离子束记录的图像中识别的位置，调节所述带电粒子束的照射位置。

5.如权利要求1-4中任一项所述的带电粒子束系统，其中，所述样品台在至少三个线性独立的方向提供定位在所述样品台的样品的可运动性，并且

其中，所述样品台包括测量系统，用于测量所述样品台的运动，其中，该测量系统提供5nm或更小的测量精度。

6.如权利要求5所述的带电粒子束系统，其中，该测量系统包括干涉测量系统。

7.如权利要求1-6中任一项所述的带电粒子束系统，还包括用于记录所述样品表面的图像的光学图像记录系统，并且其中所述控制器配置成接收由所述光学图像记录系统记录的图像。

8.如权利要求1-7中任一项所述的带电粒子束系统，其中，所述带电粒子束包括离子。

9.如权利要求1-8中任一项所述的带电粒子束系统，其中，所述带电粒子束系统包括像散校正装置，并且其中，所述控制器进一步配置成基于通过所述带电粒子束扫描所述样品表面的一部分记录的图像和扫描时被致使离开所述样品表面的相互作用产物的检测来调节所述像散校正装置。

10.如权利要求1-9中任一项所述的带电粒子束系统，其中，所述带电粒子束系统包括第二偏转系统，并且其中，所述控制器进一步配置成基于通过所述带电粒子束扫描所述样品表面的一部分记录的图像和扫描时被致使离开所述样品表面的相互作用产物的检测来调节所述第二偏转系统。

11.如权利要求1-10中任一项所述的带电粒子束系统，其中，所述控制器进一步配置为基于待处理样品区域的处理期间离开所述样品的相互作用产物或者通过测量所述带电粒子束的射束电流来控制照射在所述待处理样品区域的带电粒子剂量。

12.一种带电粒子束系统，包括：

带电粒子束柱，具有形成带电粒子束的带电粒子源、物镜、像散校正装置和用于改变所述带电粒子束在样品平面中的照射位置的第一偏转系统，

样品室，包括用于保持待处理样品的样品台，

检测器，用于检测在所述带电粒子束照射所述样品表面期间被致使离开所述样品的相互作用产物，以及

控制器，配置为基于所述检测器的输出信号产生图像数据，并且其中所述控制器进一步配置为基于通过所述带电粒子束扫描所述样品表面的一部分记录的图像和扫描时被致使离开所述样品表面的相互作用产物的检测来调节所述像散校正装置。

13.一种带电粒子束系统，包括：

带电粒子束柱，具有形成气体场离子束的带电粒子源、物镜和用于改变所述带电粒子束在样品平面中的照射位置的第一偏转系统，

样品室，包括用于保持待处理样品的样品台，

检测器，用于检测在所述带电粒子束照射所述样品表面期间被致使离开所述样品的相互作用产物，以及

控制器，配置为基于所述检测器的输出信号产生图像数据，并且其中该控制器进一步配置为基于待处理样品区域的处理期间离开所述样品的相互作用产物或者通过测量所述带电粒子束的射束电流来控制照射在所述待处理样品区域的带电粒子的剂量。

14.一种处理样品的方法，包括以下步骤：

a.加载样品到带电粒子束系统的样品室，

b.使用光学成像系统或电子束系统产生所述样品的表面的图像，

c.识别所述图像中的参考标记，

d.基于识别的参考标记确定所述样品的表面上的参考标记的位置，

e.基于所述参考标记的位置和所述样品的设计数据确定待处理的第一区域的位置，

f.根据在步骤e中确定的位置偏置带电粒子束系统的偏转系统，以及

g.将所述带电粒子束照射到所述第一区域。

15.如权利要求14所述的方法，还包括：记录所述样品表面的高度图的步骤。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述高度图通过使用电子束或气体场离子束记录。

17.如权利要求16所述的方法，还包括：基于所述高度图在步骤g调节所述带电粒子束的焦点位置。

18.如权利要求14-17中任一项所述的方法，还包括：

当所述带电粒子束照射到所述第一区域时，测量所述带电粒子束与所述样品的相互作用产物的数量，并且

基于相互作用产物的测量数量，通过比较相互作用产物的测量数量与相互作用产物的预定数量，或通过测量所述带电粒子束的射束电流，动态地调节所述带电粒子束照射到所述第一区域的停留时间。

19.如权利要求14-18中任一项所述的方法，其中，所述带电粒子束系统包括物镜，所述方法还包括：

用所述物镜聚焦所述带电粒子束以在离所述物镜第一距离处产生聚焦的带电粒子束斑，以及

相对于所述带电粒子束定位所述样品，以使所述样品的表面具有离所述物镜的第二距离，并且

其中，所述第一距离大于或小于所述第二距离。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一距离比所述第二距离大或小至少1μm。

21.如权利要求20所述的方法，其中，所述第一距离比所述第二距离大或小至多100μm。

22.如权利要求19所述的方法，其中，所述离子光学柱包括束限制孔，并且所述方法还包括调节所述物镜以将所述束限制孔投射到所述样品的表面上。

23.如权利要求14-22中任一项所述的方法，还包括：在步骤c，使用相对于所述物镜的电压为负或正的电压偏置所述样品。

24.如权利要求14-23中任一项所述的方法，还包括：

针对第一数量的第一区域，重复步骤f和g，而不相对于所述离子束柱移动所述样品。

25.如权利要求24所述的方法，还包括：

相对于所述离子束柱移动所述样品，以及

此后针对第二数量的第一区域重复步骤f和g。

26.如权利要求25所述的方法，还包括：

测量所述样品台相对于所述离子束柱的运动。

27.如权利要求14-26中任一项所述的方法，其中，所述带电粒子束是离子束，并且所述方法还包括：通过离子束溅射或离子束引致的气体化学沉积将系统对准标记写入所述样品，并周期性地记录所述系统对准标记的图像。

28.如权利要求27所述的方法，还包括：基于所述对准标记的记录的图像调节所述带电粒子束系统的参数。

29.一种制造约瑟夫森结的方法，包括以下步骤：

a.提供样品，其包括至少部分覆盖有导电层并包含至少一个第一区域的超导材料膜，在所述第一区域中，超导膜不由所述导电层覆盖，和

b.将离子的离子束照射到所述第一区域，

c.其中，用最多100皮安培的离子电流在至多1ms的停留时间将所述离子束照射至所述样品。

30.如权利要求29所述的方法，还包括：检测在步骤c由所述离子束照射所述样品所导致的相互作用产物，并基于多个检测的相互作用产物多次重复步骤c。

31.如权利要求29-30中任一项所述的方法，其中，在所述离子束中的离子的平均能量在10千电子伏至100千电子伏之间的范围中。

32.如权利要求29-31中任一项所述的方法，还包括：

提供具有物镜的离子光学柱，

用所述物镜聚焦所述离子束以在离所述物镜第一距离处产生聚焦离子束斑，以及

相对于所述离子束定位所述样品，以使所述超导膜离所述物镜第二距离，并且

其中，所述第一距离比第二距离大或小。

33.如权利要求32所述的方法，其中，所述第一距离比所述第二距离大或小至少1μm。

34.如权利要求33所述的方法，其中，所述第一距离比所述第二距离大或小至多100μm。

35.如权利要求32所述的方法，其中，所述离子光学柱包括束限制孔，并且所述方法还包括调节所述物镜以投射所述束限制孔到所述膜上。

36.如权利要求29-35中任一项所述的方法，还包括：在步骤c期间，用电压偏置所述样品，该电压相对于所述物镜的电压为负或正。

37.如权利要求29-36中任一项所述的方法，其中，所述样品包括在相对于所述第一区域的预定位置处的参考标记，该方法包括进一步的步骤：

通过所述离子束或电子束扫描所述样品包括所述参考标记但不包括所述第一区域的第二区域，

检测在扫描所述第二区域时由所述离子束或所述电子束导致的相互作用产物，

基于检测的相互作用产物确定所述参考标记的位置，

基于所述参考标记的位置确定所述第一区域的位置，

施加电压到所述离子束柱中的偏转系统，以偏转所述离子束至所述第一区域，以及

其后执行步骤c。

38.如权利要求29-37中任一项所述的方法，还包括：对于第一数量的第一区域重复步骤c，而不相对于所述离子束柱移动所述样品。

39.如权利要求38所述的方法，还包括：相对于所述离子束柱移动所述样品，之后对于第二数量的第一区域重复步骤c。

40.如权利要求39所述的方法，其中，所述离子束柱是具有样品台的离子束显微镜的一部分，其中，所述样品台包括至少一个测量系统，用于测量所述样品台相对于所述离子束柱的运动，该方法还包括用至少一个测量系统测量所述样品台的运动。

41.如权利要求29-40中任一项所述的方法，还包括：通过离子束溅射或离子束引致的气体化学沉积将系统对准标记写入所述样品，并周期性地记录所述系统对准标记的图像。

42.如权利要求41所述的方法，还包括：基于所述系统对准标记的记录的图像调节所述带电粒子束系统的参数。

43.一种制造约瑟夫森结的方法，包括以下步骤：

a.提供样品，其包括超导材料膜，所述超导材料膜至少部分覆盖有导电层并包含所述超导膜不由所述导电层覆盖的至少一个第一区域，和

b.在至少100纳秒的停留时间期间照射离子的离子束至所述第一区域。

44.如权利要求43所述的方法，其中，所述样品包括在相对于所述第一区域的预定位置处的参考标记，该方法包括进一步的步骤：

提供具有偏转系统的离子光学柱，用于在垂直于离子束传播方向的方向偏转所述离子束，

通过所述离子束扫描所述样品包括所述参考标记但不包括所述第一区域的第二区域，

检测在扫描所述第二区域时由所述离子束或所述电子束导致的相互作用产物，

基于检测的相互作用产物确定所述参考标记的位置，

基于所述参考标记的位置确定所述第一区域的位置，

施加电压到所述偏转系统，以偏转所述离子束至所述第一区域，以及

其后执行步骤b。

45.如权利要求43-44中任一项所述的方法，其中，所述离子束柱还包括物镜，所述方法还包括以下步骤：

以所述物镜聚焦所述离子束，以在离所述物镜第一距离处产生聚焦离子束斑，以及

相对于所述离子束定位所述样品，以使所述超导膜离所述物镜第二距离，并且

其中，所述第一距离比所述第二距离大或小。

46.如权利要求45所述的方法，其中，所述第一距离比所述第二距离大或小至少1μm。

47.如权利要求46所述的方法，其中，所述第一距离比所述第二距离大或小至多100μm。

48.如权利要求44所述的方法，其中，所述离子束柱包括束限制孔，并且该方法还包括：

调节所述物镜，以投射所述束限制孔到所述膜上。

49.如权利要求43-48中任一项所述的方法，还包括：

在执行步骤b时，以相对于所述物镜的电压是负或正的电压偏置所述样品。

50.如权利要求43-49中任一项所述的方法，还包括：

对于第一数量的第一区域重复步骤b，而不相对于所述离子束柱移动所述样品。

51.如权利要求50所述的方法，进一步包括：

相对于所述离子束柱移动所述样品，并且

之后对于第二数量的第一区域重复步骤b。

52.如权利要求51所述的方法，其中，所述离子束柱是具有样品台的离子束显微镜的一部分，并且其中，所述样品台包括至少一个测量系统，用于测量所述样品台相对于所述离子束柱的运动，该方法还包括以至少一个测量系统测量所述样品台的运动。

53.如权利要求43-52中任一项所述的方法，还包括：通过离子束溅射或离子束引致的沉积将系统对准标记写入所述样品，并周期性地记录所述系统对准标记的图像。

54.根据权利要求53的方法，还包括：基于所述系统对准标记的记录的图像调节所述带电粒子束系统的参数。

55.一种产生多个约瑟夫森结的方法，包括以下步骤：

a.提供包含超导材料膜的样品

b.通过将带电粒子束照射至多个第一区域中选定数量的第一区域来处理第一区域中的几个，

c.记录处理期间照射到每个处理的区域的带电粒子剂量，并且

d.提供包括照射到每个处理的第一区域的带电粒子剂量的输出协议。

56.如权利要求55所述的方法，还包括：检测所述带电粒子束照射到每个处理的第一区域时被致使离开所述样品表面的相互作用产物；以及基于检测的相互作用产物的数量或通过测量所述带电粒子束的射束电流，确定所述带电粒子剂量。

57.如权利要求55或56所述的方法，还包括：将系统对准标记写入所述样品的表面，

通过以所述带电粒子束扫描所述系统对准标记来记录所述系统对准标记的图像，

基于从所述系统对准标记的记录的图像推导的信息调节带电粒子光学部件。

58.如权利要求57所述的方法，其中，所述带电粒子光学部件包括像散校正装置、束偏转系统和物镜中的至少一个，该方法包括基于从所述系统对准标记的记录的图像推导的信息来调节所述像散校正装置，所述束偏转系统和所述物镜中的至少一个。