CN110676148B - 可控束斑离子发射装置及抛光蚀刻方法 - Google Patents

可控束斑离子发射装置及抛光蚀刻方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可控束斑离子发射装置及抛光蚀刻方法，该可控束斑离子发射装置包括均为圆桶且同轴设置的气体电离装置、离子加速电极、束斑调节装置以及离子发射装置固定容器，其中束斑调节装置上设置有至少两个聚焦电极，气体电离装置、离子加速电极、聚焦电极皆独立与不同的高压直流电源相连，离子束从气体电离装置引出，经离子加速电极加速后，通过给束斑调节装置聚焦电极设置不同电压，能够调节束斑直径，改变离子束的聚散状态，使得离子抛光装置能够对样品抛光蚀刻的区域灵活调整，使得离子束聚焦于需要曝光蚀刻的区域，而无需对样品的其他区域进行抛光蚀刻，从而提高抛光蚀刻的效率；同时，避免破坏样品上无需抛光蚀刻的区域。

Description

可控束斑离子发射装置及抛光蚀刻方法
技术领域
本发明涉及抛光加工技术领域，尤其涉及一种可控束斑离子发射装置及抛光蚀刻方法。
背景技术
随着技术的飞速发展，离子束(Ion Beam，IB)已被广泛应用于各种技术，如离子抛光技术、离子蚀刻技术等。
离子抛光是一种先进的样品表面处理技术，该技术通过离子发射装置将气体，如氩气电离产生离子束并对离子束进行加速，利用加速后的高能离子束轰击样品表面，去除样品表面损伤层获得高质量的样品，该技术已被广泛应用于光镜、扫描电镜、离子探针等各种分析测试中。该技术中，一个离子发射装置产生的离子束可以是发散的，也可以是微聚焦的，离子束对应的束斑的直径一般为1～4毫米(mm)，该离子束也可以称之为宽离子束。离子蚀刻技术中，同样通过离子发射装置将气体电离产生离子束，相较于离子抛光技术中发散或微聚焦的离子束，该离子束也称之为聚焦离子束(Focused Ion Beam，FIB)，聚焦离子束被高电压汇聚成几十到几百纳米的离子铣，利用离子铣对样品表面进行蚀刻。
根据上述可知：无论是离子抛光技术还是离子蚀刻技术，均需要离子发射装置对气体进行电离以产生离子束。然而，一个离子发射装置产生的离子束的束斑的直径通常是固定的，导致同一个离子发射装置对样品进行抛光蚀刻的区域大小是固定的，无法改变抛光蚀刻区域的大小，抛光蚀刻效率差，且若离子束的束斑直径过大，则容易对不需要抛光蚀刻的区域造成破坏。
发明内容
本发明实施例提供一种可控束斑离子发射装置及抛光蚀刻方法，该可控束斑离子发射装置包含一束斑调节装置，通过束斑调节装置调节束斑大小，使得离子抛光装置能够对样品抛光蚀刻的区域灵活调整，使得离子束聚焦于需要曝光蚀刻的区域，而无需对样品的其他区域进行抛光蚀刻，从而提高抛光蚀刻的效率；同时，避免破坏样品上无需抛光蚀刻的区域。
第一方面，本发明提供一种可控束斑离子发射装置，包括：均为圆桶且同轴设置的气体电离装置、离子加速电极、束斑调节装置、以及离子发射装置固定容器；其中，
所述气体电离装置的中心轴、所述离子加速电极的中心轴、所述束斑调节装置的中心轴以及所述离子发射装置固定容器的中心轴重合并形成离子束通道；
所述气体电离装置的顶部与所述离子加速电极的底部连接，所述气体电离装置的外径与所述离子加速电极的内径相同，所述气体电离装置设置在所述离子加速电极内部；
所述离子加速电极的顶部与所述束斑调节装置的底部连接；
所述束斑调节装置的顶部与所述离子发射装置固定容器连接，所述束斑调节装置上设置有至少两个聚焦电极，所述至少两个聚焦电极为直径等于所述离子发射装置固定容器内径的金属圆板，所述金属圆板内径为所述中心轴直径，所述至少两个聚焦电极中相邻的两个聚焦电极之间设置有绝缘环；所述至少两个聚焦电极中靠近所述离子加速电极的聚焦电极与所述离子加速电极之间设置有绝缘环；
所述离子发射装置固定容器用于容纳所述离子加速电极和所述束斑调节装置；
所述气体电离装置、所述离子加速电极、所述束斑调节装置和所述离子发射装置固定容器的中心轴形成离子束通道；
所述气体电离装置、所述离子加速电极、所述束斑调节装置上的聚焦电极分别与不同的高压直流电源连接。
可选地，所述气体电离装置包括：阳极、前阴极、后阴极、绝缘环、永磁铁、阴极固定容器和气体电离装置固定容器；其中，
所述阳极为一金属圆筒，所述阳极的外径与所述绝缘环的内径相同，所述阳极安装在所述绝缘环内部，所述阳极与所述后阴极之间留有间隙，所述阳极顶部中间设置有圆形凸起，所述圆形凸起的内径与所述中心轴直径相同；
所述前阴极为直径等于所述气体电离装置固定容器内径的金属圆板，所述前阴极底部边缘设置有用于固定所述阴极固定容器的卡槽，所述前阴极底部中间设置有与所述阳极所对应的圆形凸起，所述前阴极的圆形凸起的内径与所述阳极的圆形凸起的内径相同，所述前阴极的圆形凸起的外径与所述阳极的圆形凸起的外径相同；
所述后阴极为直径等于所述气体电离装置固定容器内径的金属圆板，所述后阴极顶部边缘设置有用于固定所述阴极固定容器的卡槽，所述前阴极与所述后阴极分别设置在所述阳极的顶部和底部；
所述绝缘环的外径与所述永磁铁的内径相同，所述绝缘环安装在所述永磁铁内部；
所述永磁铁为一圆筒形磁铁，所述永磁铁的外径与所述阴极固定容器内径相同，所述永磁铁安装在所述阴极固定容器内部，所述永磁铁顶部与所述前阴极相连，所述永磁铁的底部与所述后阴极相连；
所述阴极固定容器为一金属圆筒，所述阴极固定容器的外径与所述气体电离装置固定容器的内径相同，用于容纳所述阳极、所述绝缘环和所述永磁铁；
所述气体电离装置固定容器的外径与所述离子加速电极的内径相同，所述气体电离装置固定容器顶部设有开孔，所述开孔内径与所述中心轴直径相同，所述气体电离装置固定容器用于容纳所述阴极固定容器、所述前阴极、所述后阴极。
可选地，所述后阴极上设置有进气孔、高压电源供电孔，所述进气孔用于电离气体进入所述气体电离装置，所述高压电源供电孔用于为所述气体电离装置供电。
可选地，所述绝缘环顶部设置有向内的突出台阶，所述突出台阶不超过所述阳极的圆形凸起的外边沿，所述突出台阶的高度大于所述阳极圆形凸起高度与前阴极圆形凸起高度之和，所述阳极的顶部与所述突出台阶相连。
可选地，所述至少两个聚焦电极包括前聚焦电极、中聚焦电极和后聚焦电极，所述后聚焦电极靠近所述离子加速电极；
所述后聚焦电极与所述离子加速电极之间设置有绝缘环，所述后聚焦电极与所述中聚焦电极之间设置有绝缘环，所述中聚焦电极与所述前聚焦电极之间设置有绝缘环；
所述绝缘环、绝缘环、绝缘环均为陶瓷圆筒，且内径大于所述中心轴直径。
所述后聚焦电极、中聚焦电极、前聚焦电极下方分别设置有后聚焦电极供电孔(400)、中聚焦电极供电孔(401)、前聚焦电极供电孔(402)；
所述后聚焦电极的供电电压U10小于所述前聚焦电极的供电电压U20，所述中聚焦电极的供电电压U30小于所述前聚焦电极的供电电压U20。
可选地，所述至少两个聚焦电极包括前聚焦电极和后聚焦电极，所述后聚焦电极靠近所述离子加速电极；
所述后聚焦电极与所述离子加速电极之间设置有绝缘环，所述后聚焦电极与所述中聚焦电极之间设置有绝缘环，所述中聚焦电极与所述前聚焦电极之间设置有绝缘环；
所述绝缘环、绝缘环、绝缘环均为陶瓷圆筒，且内径大于所述中心轴直径；
所述后聚焦电极、前聚焦电极下方分别设置有后聚焦电极供电孔、前聚焦电极供电孔；
所述后聚焦电极的供电电压U10小于所述前聚焦电极的供电电压U20。
可选地，U10、U20的电压范围为：0V≤U10≤10kV，0V≤U20≤50kV。
可选地，所述离子发射装置固定容器包含第一容纳空间和第二容纳空间，所述第一容纳空间的内径大于所述第二容纳空间的内径，所述第一容纳空间的内径与所述离子加速电极的外径相同，所述第二容纳空间的内径与所述束斑调节装置的外径相同，所述离子加速电极容纳于所述第一容纳空间，所述束斑调节装置容纳于所述第二容纳空间。
第二方面，本发明提供一种抛光蚀刻方法，应用于上述可控束斑离子发射装置，该方法包括：
获取目标区域的大小尺寸，所述目标区域是样品上待抛光蚀刻的区域；
根据所述目标区域的大小，确定第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压，所述第一供电电压为所述气体电离装置的供电电压，所述第二供电电压为所述离子加速电极的供电电压，所述第三供电电压为所述束斑调节装置上各聚焦电极的供电电压；
根据所述第一供电电压、所述第二供电电压和所述第三供电电压，产生第一离子束；
利用所述第一离子束对所述目标区域进行抛光蚀刻处理。
可选地，所述利用所述第一离子束对所述目标区域进行抛光蚀刻处理之后，还包括：
调整所述第一供电电压、所述第二供电电压和所述第三供电电压，得到对应的第四供电电压、第五供电电压和第六供电电压，所述第四供电电压小于所述第一供电电压，所述第五供电电压小于所述第二供电电压，所述第六供电电压等于0；
利用所述第四供电电压、所述第五供电电压和所述第六供电电压产生第二离子束；
利用所述第二离子束对所述目标区域进行抛光蚀刻处理。
本发明实施例提供的可控束斑离子发射装置及抛光蚀刻方法，气体电离装置、离子加速电极、束斑调节装置采用接触式的连接，极易组装、更换。另外气体电离装置、离子加速电极、束斑调节装置采用独立供电，且束斑调节装置设置有至少两个聚焦电极，至少两个聚焦电极也采用独立供电，气体电离装置对氩气进行电离得到离子束，离子束从气体电离装置引出，经离子加速电极加速后，通过给束斑调节装置的至少两个聚焦电极设置不同的供电电压，能够调节离子束束斑的直径，进而实现离子束高密度聚焦状态和低密度散焦状态之间的切换，使得离子抛光装置能够对样品抛光蚀刻的区域灵活调整，使得离子束聚焦于需要曝光蚀刻的区域，而无需对样品的其他区域进行抛光蚀刻，从而提高抛光蚀刻的效率；同时，避免破坏样品上无需抛光蚀刻的区域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种可控束斑离子发射装置结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的一种可控束斑离子发射装置结构示意图；
图3为本发明实施例三提供的一种抛光蚀刻方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的抛光蚀刻方法中离子束调整前后的示意图；
图5为本发明实施例提供的抛光蚀刻方法中另一种离子束调整前后的示意图；
图6为本发明实施例四提供的一种抛光蚀刻装置的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种抛光蚀刻装置的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种抛光蚀刻装置的结构示意图。
附图标记说明：
1：气体电离装置 2：离子加速电极 3：器束斑调节装置
4：离子发射装置固定容器 10：阳极 12：后阴极
13：绝缘环 14：永磁铁 15：阴极固定容器
16：气体电离装置固定容器 30：后聚焦电极 31：中聚焦电极
32：前聚焦电极 33：绝缘环 34：绝缘环
35：绝缘环 120：进气孔 121：高压电源供电孔
400：后聚焦电极供电孔 401：中聚焦电极供电孔 402：前聚焦电极供电孔
41：第一容纳空间 42：第二容纳空间
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在离子抛光、刻蚀技术中，离子束由离子发射装置对气体进行电离产生，离子束沿着某个方向运动时，如果忽略离子束中各个离子之间的相互作用，那么离子束的整体运动行为将由组成离子束的所有离子的初始状态和外加电磁场唯一决定，离子束的整体运动行为决定了离子束的直径以及束斑的大小，现有技术中，离子发射装置产生的离子束的束斑的直径通常是固定的，导致同一个离子发射装置无法适用于不同尺寸的样品。有鉴于此，本发明实施例提供一种可控束斑离子发射装置及抛光蚀刻方法，通过设置束斑调节装置以及聚焦电极，通过调节束斑调节装置中聚焦电极的供电电压，改变离子束直径，从而改变离子束束斑的直径，能够适用于不同尺寸样品的抛光、刻蚀。
在离子抛光、刻蚀技术中，电离的气体通常采用惰性气体，本发明实施例以氩气为例进行说明。
图1为本发明实施例一提供的一种可控束斑离子发射装置结构示意图，为描述方便，现规定图1向右为顶部，向左为底部，向上为上方，向下为下方。参照图1，该可控束斑离子发射装置包括：均为圆桶且同轴设置的气体电离装置1、离子加速电极2、束斑调节装置3以及离子发射装置固定容器4，气体电离装置1的中心轴、离子加速电极2的中心轴、束斑调节装置3的中心轴以及离子发射装置固定容器4的中心轴重合并形成离子束通道。
气体电离装置1的顶部与离子加速电极2的底部连接，气体电离装置1的外径与所述离子加速电极2的内径相同，气体电离装置1设置在所述离子加速电极2的内部，离子加速电极2的顶部与束斑调节装置3的底部连接，束斑调节装置3的顶部与离子发射装置固定容器4连接，离子发射装置固定容器4用于容纳离子加速电极2和束斑调节装置3。
束斑调节装置3上设置有至少两个聚焦电极，至少两个聚焦电极为直径等于所述离子发射装置固定容器4内径的金属圆板，其内径与中心轴直径相同，至少两个聚焦电极中相邻的两个聚焦电极之间设置有绝缘环，至少两个聚焦电极中靠近离子加速电极2的聚焦电极与离子加速电极2之间设置有绝缘环。
气体电离装置1、离子加速电极2、束斑调节装置3上的聚焦电极分别与不同的高压直流电源连接，独立供电的设计，能够避免跳闸等。
本实施例提供的可控束斑离子发射装置，气体电离装置、离子加速电极、束斑调节装置采用独立供电，且束斑调节装置设置有至少两个聚焦电极，至少两个聚焦电极也采用独立供电，气体电离装置对氩气进行电离得到离子束，离子束从气体电离装置引出经离子加速电极加速后，通过给束斑调节装置的至少两个聚焦电极设置不同的供电电压，能够调节离子束束斑的直径，进而实现离子束高密度聚焦状态和低密度散焦状态之间的切换，使得离子抛光装置能够对样品抛光蚀刻的区域灵活调整，使得离子束聚焦于需要曝光蚀刻的区域，而无需对样品的其他区域进行抛光蚀刻，从而提高抛光蚀刻的效率；同时，避免破坏样品上无需抛光蚀刻的区域。而且，可控束斑离子发射装置，气体电离装置、离子加速电极、束斑调节装置采用接触式的连接，极易组装、更换。
图2为本发明实施例二提供的一种可控束斑离子发射装置结构示意图。请参照图2，可选的，上述图1所述可控束斑离子发射装置的气体电离装置1包括：阳极10、前阴极11、后阴极12、绝缘环13、永磁铁14、阴极固定容器15和气体电离装置固定容器16。
阳极10为一金属圆筒，其外径与绝缘环13的内径相同，阳极10设置于绝缘环13内部并与后阴极12之间留有间隙，阳极10顶部中间设置有圆形凸起，该圆形凸起的内径与中心轴直径相同。
前阴极11为直径等于气体电离装置固定容器16内径的金属圆板，前阴极11底部边缘设置有卡槽，该卡槽用于固定阴极固定容器15，前阴极11底部中间设置有与阳极10所对应的圆形凸起，该圆形凸起的内径、外径均与阳极10的圆形凸起的内径相同，前阴极11的圆形凸起的外径与阳极10的圆形凸起的外径相同。
后阴极12为直径等于气体电离装置固定容器16内径的金属圆板，后阴极12顶部边缘也设置有卡槽，该卡槽用于固定阴极固定容器15，前阴极11与后阴极12分别设置在阳极10的顶部和底部。
绝缘环13为一陶瓷圆筒，绝缘环13的外径与永磁铁14的内径相同，绝缘环13安装在永磁铁14内部。该绝缘环13例如可以是陶瓷圆筒等。
永磁铁14为一圆筒形磁铁，永磁铁14的外径与所述阴极固定容器15内径相同，永磁铁14安装在阴极固定容器15内部，永磁铁14顶部与前阴极11相连，永磁铁14底部与后阴极12相连。
阴极固定容器15为一金属圆筒，阴极固定容器15的外径与气体电离装置固定容器16的内径相同，阴极固定容器15用于容纳阳极10、绝缘环13和永磁铁14，通过前阴极11、后阴极12的卡槽固定于前阴极11、后阴极12之间。
气体电离装置固定容器16为一陶瓷圆筒，其外径与离子加速电极2的内径相同，离子加速电极2的顶部设有开孔，该开孔内径与中心轴直径相同，用于容纳阴极固定容器15、前阴极11、后阴极12。
再请参照图2，可选定，上述的后阴极12上设置有进气孔120以及高压电源供电孔121，该进气孔120用于氩气进入气体电离装置1，高压电源供电孔121用于为气体电离装置1供电，实际操作时，将气体电离装置供电电极插入高压电源供电孔121，该供电电极依次穿过高压电源供电孔121、阳极10与后阴极12之间的间隙，抵住阳极10，实现对气体电离装置1的供电，同时防止阳极10与后阴极12的接触。
再请参照图2，可选的，上述的绝缘环13顶部设置有向内的突出台阶，该突出台阶不超过阳极10的圆形凸起的外边沿，其高度大于阳极10圆形凸起高度与前阴极11圆形凸起高度之和，阳极10的顶部与该突出台阶相连，防止阳极10与前阴极11的接触。
再请参照图2，可选的，上述的至少两个聚焦电极包括前聚焦电极32、中聚焦电极31和后聚焦电极30，其中后聚焦电极30为靠近离子加速电极2的聚焦电极。离子加速电极2与后聚焦电极30之间设置有绝缘环33，后聚焦电极30与中聚焦电极31之间设置有绝缘环34，中聚焦电极31与前聚焦电极32之间设置有绝缘环35。绝缘环33、绝缘环34、绝缘环35均为陶瓷圆筒，且内径大于中心轴直径。
后聚焦电极30、中聚焦电极31、前聚焦电极32下方分别设置有后聚焦电极供电孔400、中聚焦电极供电孔401、前聚焦电极供电孔402，实际操作时，将三个供电电极分别接入后聚焦电极供电孔400、中聚焦电极供电孔401、前聚焦电极供电孔402，抵住聚焦电极，实现对三个聚焦电极的供电。其中，后聚焦电极30的供电电压U10小于前聚焦电极32的供电电压U20，中聚焦电极31的供电电压U30小于前聚焦电极32的供电电压U20。例如，后聚焦电极30的供电电压U10的电压范围为0V≤U10≤10kV，前聚焦电极32的供电电压U20的电压范围为0V≤U20≤50kV。
虽然上述图2是以束斑调节装置3上设置3个聚焦电极为例对本发明实施例所述的可控束斑离子发射装置进行详细说明的。然而本，实际应用中，还可以将中聚焦电极31空置，仅将供电电极接入后聚焦电极30、前聚焦电极32，此时，相当于束斑调节装置3仅设置两个聚焦电极。
示例性的，在上述方案中，聚焦电极供电孔为3个，同时具有相应数量的聚焦电极以及绝缘环，在另外一些可行的设计中，可以设置n个聚焦电极供电孔，同时设置相应数量的聚焦电极以及绝缘环，这里n可以是2、4、5、6……，实际应用时，至少将两个聚焦电极接入供电电极，当存在多个聚焦电极时，可通过调节中间几个聚焦电极的供电电压使得离子束更加平滑。
再请参照图2，可选的，上述的离子发射装置固定容器4可采用上细下粗的塔型设计，即离子发射装置固定容器4包含第一容纳空间41和第二容纳空间42，第一容纳空间41的内径大于第二容纳空间42的内径，第一容纳空间41的内径与离子加速电极2的外径相同，第二容纳空间42的内径与束斑调节装置3的外径相同，离子加速电极2容纳于第一容纳空间41，束斑调节装置3容纳于第二容纳空间42。得益于该上细下粗的塔型设计，在离子发射装置组合使用时，多离子发射装置之间汇聚焦点更近，相同参数下可使离子束具有更高的速度和更好的汇聚性。
本实施例提供的可控束斑离子发射装置，气体电离装置、离子加速电极、束斑调节装置以及各部件的组成部分采用接触式的连接，极易组装、更换。另外气体电离装置、离子加速电极、束斑调节装置采用独立供电，且束斑调节装置设置有至少两个聚焦电极，至少两个聚焦电极也采用独立供电，氩气通过进气孔进入气体电离装置，气体电离装置对氩气进行电离得到氩离子束，离子束从气体电离装置引出经离子加速电极加速后，通过给束斑调节装置的至少两个聚焦电极设置不同的供电电压，能够调节离子束束斑的直径，进而实现离子束高密度聚焦状态和低密度散焦状态之间的切换，使得离子抛光装置能够对样品抛光蚀刻的区域灵活调整，使得离子束聚焦于需要曝光蚀刻的区域，而无需对样品的其他区域进行抛光蚀刻，从而提高抛光蚀刻的效率；同时，避免破坏样品上无需抛光蚀刻的区域。
另外，在上述可控束斑离子发射装置的基础上，本发明实施例还提供一种抛光蚀刻方法。示例性的，可参见图3。
图3为本发明实施例三提供的一种抛光蚀刻方法的流程示意图。该方法包括以下步骤：
301、获取目标区域的大小尺寸，所述目标区域是样品上待抛光蚀刻的区域。
示例性的，可通过显微镜等对样品的表面进行观察，从样品的表面确定出待抛光蚀刻的区域，该待抛光蚀刻的区域即为目标区域，然后根据目标区域的大小调整离子束的束斑的直径大小。
302、根据目标区域的大小，确定第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压。
其中，第一供电电压为可控束斑离子发射装置中气体电离装置的供电电压，第二供电电压为离子加速电极的供电电压，第三供电电压为所述束斑调节装置上各聚焦电极的供电电压。
示例性的，预先存储目标区域大小和第一供电电压、第二供电电压、第三供电电压的映射关系表。确定出目标区域的大小尺寸后，根据目标区域的大小尺寸查询映射关系表以确定出第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压。
303、根据第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压，产生第一离子束。
示例性的，将样品加载到样品台，抽真空至1×10-3毫巴(mbar)，
304、利用第一离子束对目标区域进行抛光蚀刻处理。
示例性的，开启气体电离装置、离子加速电极和束斑调节装置使氩离子在高密度聚焦状态抛光样品表面上的目标区域。
本实施例提供的抛光蚀刻方法，气体电离装置、离子加速电极、束斑调节装置采用独立供电，且束斑调节装置设置有至少两个聚焦电极，至少两个聚焦电极也采用独立供电，气体电离装置对氩气进行电离得到离子束，离子束从气体电离装置引出经离子加速电极加速后，通过给束斑调节装置的至少两个聚焦电极设置不同的供电电压，能够调节离子束束斑的直径，进而实现离子束高密度聚焦状态和低密度散焦状态之间的切换，使得离子抛光装置能够对样品抛光蚀刻的区域灵活调整，使得离子束聚焦于需要曝光蚀刻的区域，而无需对样品的其他区域进行抛光蚀刻，从而提高抛光蚀刻的效率；同时，避免破坏样品上无需抛光蚀刻的区域。
上述实施例中，步骤304中氩离子在高密度聚焦状态抛光目标区域。为了达到更好的抛光蚀刻效果，可选的，上述步骤304之后，还可以调整第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压，得到第一供电电压对应的第四供电电压、第二供电电压对应的第五供电电压和第三供电电压对应的第六供电电压，之后，利用第四供电电压、第五供电电压和第六供电电压产生第二离子束，并利用第二离子束在低密度散焦状态下抛光蚀刻目标区域。
示例性的，上述步骤304之后，完成后关闭束斑调节装置，并降低气体电离装置、离子加速电极供电电压，使得第四供电电压小于第一供电电压，第五供电电压小于第二供电电压，第六供电电压等于0，基于该第四供电电压、第五供电电压和第六供电电压产生的第二离子束为低密度散焦状态的离子束，进而利用该第二离子束以低密度散焦状态继续抛光样品一段时间。其中，由于第六供电电压用于为束斑调节装置供电，因此，当第六供电电压为0时，束斑调节装置包含的各个聚焦电极的供电低压为0。
下面，对上述实施例中的高密度聚焦状态的第一离子束以及低密度散焦状态的第二离子束进行详细说明。示例性的，可参见图。图4为本发明实施例提供的抛光蚀刻方法中离子束调整前后的示意图。
请参照图4，可控束斑离子发射装置根据目标区域的尺寸大小确定出的第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压产生第一离子束，该第一离子束束斑较小，可视为高密度聚焦状态。可控束斑离子发射装置利用第一离子束对样品进行抛光蚀刻后，关闭束斑调节装置，并降低气体电离装置、离子加速电极供电电压，从而对第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压进行调节，分别得到第四供电电压、第五供电电压和第六供电电压，该第四供电电压、第五供电电压和第六供电电压产生第二离子束，如图4右侧所示，离子束直径较大，第二离子束可视为低密度散焦状态。实际应用中，假设加载一个2×2厘米的样品，目标区域的大小为5×5mm。采用图4左边的离子束，即第一离子束抛光时刻后，将目标区域调整为8×8mm，则根据调整后的目标区域产生第二离子束，即图4右边的离子束进行抛光蚀刻。显然，第一离子束的直径小于第二离子束的束斑的直径。
本实施例提供的抛光蚀刻方法，通过调整第一供电电压、第二供电电压、第三供电电压，改变离子束束斑直径，实现了离子束高密度聚焦状态和低密度散焦状态之间的切换，使得离子抛光装置能够对样品抛光蚀刻的区域灵活调整，使得离子束聚焦于需要曝光蚀刻的区域，而无需对样品的其他区域进行抛光蚀刻，从而提高抛光蚀刻的效率；同时，避免破坏样品上无需抛光蚀刻的区域。
上述实施例中，可控束斑离子发射装置根据样品的尺寸大小确定出的第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压产生第一离子束，可通过调整各个聚焦电极的供电电压，从而调整第一离子束的束斑的大小。示例性的，可参见图5，图5为本发明实施例提供的抛光蚀刻方法中另一种离子束调整前后的示意图。
请参照图5，束斑调节装置包含的聚焦电极从左至右依次为后聚焦电极、中聚焦电极和前聚焦电极。初始时，可控束斑离子发射装置根据样品的尺寸大小确定出第一供电电压U1、第二供电电压U2和第三供电电压U3，其中，第一供电电压用于为可控束斑离子发射装置中气体电离装置的供电，第二供电电压用于为离子加速电极供电电压，第三供电电压U3用于产生为后聚焦电极供电的供电电压U10、为前聚焦电极供电的供电电压U20以及为中聚焦电极供电的供电电压U30，U20＞U10＞U30。
可控束斑离子发射装置根据第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压，产生第一离子束后，若该第一离子束的束斑大小不适合，则可以通过调整束斑调节装置中各聚焦电极的供电电压，从而实现对束斑的大小的调整。由于后聚焦电极更靠近离子加速电极，即更接近离子束射出的位置，而前聚焦电极距离离子加速电极较远，因此，若后聚焦电极的供电电压U10、前聚焦电极的供电电压U20改变相同的电压值，则后聚焦电极的供电电压U10对离子束直径的影响更明显，束斑大小变化也更明显。因此调整后聚焦电极的供电电压U10能够实现离子束束斑的快速调节，该调解过程称之为粗调，调整前聚焦电极的供电电压U20能够实现离子束束斑的微调，该调解过程称之为微调。如图5所示，粗调时，将后聚焦电极的供电电压从U10增大至U11(即U11＞U10)；微调时，将前聚焦电极的供电电压从U20减小至U21(即U21＜U20)，可以增大第一离子束的束斑的大小；反之，粗调时将后聚焦电极的供电电压减小、微调时将前聚焦电极的供电电压增大，可以减小第一离子束的束斑的大小。
需要说明的是，虽然上述调整是以调整束斑条件装置中后聚焦电极的供电电压U10和前聚电极的供电电压U20为例，对如何调整束斑的大小进行详细说明。然而，本发明实施例并不以此为限制，在其他可行的实现方式中，调节后聚焦电极的供电电压U10和前聚电极的供电电压U20的同时，还可以根据实际需要调节第一、第二供电电压以精确匹配抛光刻蚀区域。
可选的，上述实施例中，还可以通过调节中聚焦电极的供电电压U30使得第一离子束更加平滑。
本实施例提供的抛光蚀刻方法，各个聚焦电极独立供电，通过调整后聚焦电极的供电电压U10能够实现离子束束斑的快速调节，调整前聚焦电极的供电电压U20能够实现离子束束斑的微调，使得离子抛光装置能够对样品抛光蚀刻的区域灵活调整，使得离子束聚焦于需要曝光蚀刻的区域，而无需对样品的其他区域进行抛光蚀刻，从而提高抛光蚀刻的效率；同时，避免破坏样品上无需抛光蚀刻的区域。
图6为本发明实施例四提供的一种抛光蚀刻装置的结构示意图，该装置用于执行上述的抛光蚀刻方法，该装置可以通过软件和/或硬件的方式实现。如图6所示，该抛光蚀刻装置100包括：
获取模块11，用于获取目标区域的大小尺寸，所述目标区域是样品上待抛光蚀刻的区域；
确定模块12，用于根据所述目标区域的大小，确定第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压，所述第一供电电压为所述气体电离装置的供电电压，所述第二供电电压为所述离子加速电极的供电电压，所述第三供电电压为所述束斑调节装置上各聚焦电极的供电电压；
产生模块13，用于所述第一供电电压、所述第二供电电压和所述第三供电电压，产生第一离子束；
处理模块14，用于利用所述第一离子束对所述目标区域进行抛光蚀刻处理。
图7为本发明实施例提供的另一种抛光蚀刻装置的结构示意图。本实施例提供的抛光蚀刻装置100，在上述图6的基础上还包括：
调整模块15，用于调整所述第一供电电压、所述第二供电电压和所述第三供电电压，得到对应的第四供电电压、第五供电电压和第六供电电压，所述第四供电电压小于所述第一供电电压，所述第五供电电压小于所述第二供电电压，所述第六供电电压等于0；
所述产生模块13，还用于利用所述第四供电电压、所述第五供电电压和所述第六供电电压产生第二离子束；
所述处理模块14，还用于利用所述第二离子束对所述目标区域进行抛光蚀刻处理。
图8为本发明实施例提供的又一种抛光蚀刻装置的结构示意图。如图8所示，该抛光蚀刻装置200包括：
至少一个处理器21和存储器23；
所述存储器23存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器21执行所述存储器23存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器21执行如上所述的抛光蚀刻方法。
处理器21的具体实现过程可参见上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
可选地，该抛光蚀刻装置200还包括通信部件22。其中，处理器21、存储器23以及通信部件22可以通过总线24连接。
本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如上所述的抛光蚀刻方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行如上述抛光蚀刻方法。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种可控束斑离子发射装置，其特征在于，包括：均为圆桶且同轴设置的气体电离装置(1)、离子加速电极(2)、束斑调节装置(3)、以及离子发射装置固定容器(4)；其中，
所述气体电离装置(1)的中心轴、所述离子加速电极(2)的中心轴、所述束斑调节装置(3)的中心轴以及所述离子发射装置固定容器(4)的中心轴重合并形成离子束通道；
所述气体电离装置(1)的顶部与所述离子加速电极(2)的底部连接，所述气体电离装置(1)的外径与所述离子加速电极(2)的内径相同，所述气体电离装置(1)设置在所述离子加速电极(2)内部；
所述离子加速电极(2)的顶部与所述束斑调节装置(3)的底部连接；
所述束斑调节装置(3)的顶部与所述离子发射装置固定容器(4)连接，所述束斑调节装置(3)上设置有至少两个聚焦电极，所述至少两个聚焦电极为直径等于所述离子发射装置固定容器(4)内径的金属圆板，所述金属圆板内径为所述中心轴直径，所述至少两个聚焦电极中相邻的两个聚焦电极之间设置有绝缘环；所述至少两个聚焦电极中靠近所述离子加速电极(2)的聚焦电极与所述离子加速电极(2)之间设置有绝缘环；
所述离子发射装置固定容器(4)用于容纳所述离子加速电极(2)和所述束斑调节装置(3)；
所述气体电离装置(1)、所述离子加速电极(2)、所述束斑调节装置(3)和所述离子发射装置固定容器(4)的中心轴形成离子束通道；
所述气体电离装置(1)、所述离子加速电极(2)、所述束斑调节装置(3)上的聚焦电极分别与不同的高压直流电源连接；
其中，所述气体电离装置(1)包括：阳极(10)、前阴极(11)、后阴极(12)、绝缘环(13)、永磁铁(14)、阴极固定容器(15)和气体电离装置固定容器(16)；其中，
所述阳极(10)为一金属圆筒，所述阳极(10)的外径与所述绝缘环(13)的内径相同，所述阳极(10)安装在所述绝缘环(13)内部，所述阳极(10)与所述后阴极(12)之间留有间隙，所述阳极(10)顶部中间设置有圆形凸起，所述圆形凸起的内径与所述中心轴直径相同；
所述前阴极(11)为直径等于所述气体电离装置固定容器(16)内径的金属圆板，所述前阴极(11)底部边缘设置有用于固定所述阴极固定容器(15)的卡槽，所述前阴极(11)底部中间设置有与所述阳极(10)所对应的圆形凸起，所述前阴极(11)的圆形凸起的内径与所述阳极(10)的圆形凸起的内径相同，所述前阴极(11)的圆形凸起的外径与所述阳极(10)的圆形凸起的外径相同；
所述后阴极(12)为直径等于所述气体电离装置固定容器(16)内径的金属圆板，所述后阴极(12)顶部边缘设置有用于固定所述阴极固定容器(15)的卡槽，所述前阴极(11)与所述后阴极(12)分别设置在所述阳极(10)的顶部和底部；
所述绝缘环(13)的外径与所述永磁铁(14)的内径相同，所述绝缘环(13)安装在所述永磁铁(14)内部；
所述永磁铁(14)为一圆筒形磁铁，所述永磁铁(14)的外径与所述阴极固定容器(15)内径相同，所述永磁铁(14)安装在所述阴极固定容器(15)内部，所述永磁铁(14)顶部与所述前阴极(11)相连，所述永磁铁(14)的底部与所述后阴极(12)相连；
所述阴极固定容器(15)为一金属圆筒，所述阴极固定容器(15)的外径与所述气体电离装置固定容器(16)的内径相同，用于容纳所述阳极(10)、所述绝缘环(13)和所述永磁铁(14)；
所述气体电离装置固定容器(16)的外径与所述离子加速电极(2)的内径相同，所述气体电离装置固定容器(16)顶部设有开孔，所述开孔内径与所述中心轴直径相同，所述气体电离装置固定容器(16)用于容纳所述阴极固定容器(15)、所述前阴极(11)、所述后阴极(12)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述后阴极(12)上设置有进气孔(120)、高压电源供电孔(121)，所述进气孔(120)用于电离气体进入所述气体电离装置(1)，所述高压电源供电孔(121)用于为所述气体电离装置(1)供电。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述绝缘环(13)顶部设置有向内的突出台阶，所述突出台阶不超过所述阳极(10)的圆形凸起的外边沿，所述突出台阶的高度大于所述阳极(10)圆形凸起高度与前阴极(11)圆形凸起高度之和，所述阳极(10)的顶部与所述突出台阶相连。
4.根据权利要求1～3任一项所述的装置，其特征在于，所述至少两个聚焦电极包括前聚焦电极(32)、中聚焦电极(31)和后聚焦电极(30)，所述后聚焦电极(30)靠近所述离子加速电极(2)；
所述后聚焦电极(30)与所述离子加速电极(2)之间设置有第一绝缘环(33)，所述后聚焦电极(30)与所述中聚焦电极(31)之间设置有第二绝缘环(34)，所述中聚焦电极(31)与所述前聚焦电极(32)之间设置有第三绝缘环(35)；
所述第一绝缘环(33)、第二绝缘环(34)和第三绝缘环(35)均为陶瓷圆筒，且内径大于所述中心轴直径；
所述后聚焦电极(30)、中聚焦电极(31)、前聚焦电极(32)下方分别设置有后聚焦电极供电孔(400)、中聚焦电极供电孔(401)、前聚焦电极供电孔(402)；
所述后聚焦电极(30)的供电电压U10小于所述前聚焦电极(32)的供电电压U20，所述中聚焦电极(31)的供电电压U30小于所述前聚焦电极(32)的供电电压U20。
5.根据权利要求1～3任一项所述的装置，其特征在于，所述至少两个聚焦电极包括前聚焦电极(32)、中聚焦电极(31)和后聚焦电极(30)，所述后聚焦电极(30)靠近所述离子加速电极(2)，所述中聚焦电极(31)空置，所述前聚焦电极(32)和所述后聚焦电极(30)接入供电电极；
所述后聚焦电极(30)与所述离子加速电极(2)之间设置有第一绝缘环(33)，所述后聚焦电极(30)与所述中聚焦电极(31)之间设置有第二绝缘环(34)，所述中聚焦电极(31)与所述前聚焦电极(32)之间设置有第三绝缘环(35)；
所述第一绝缘环(33)、第二绝缘环(34)和第三绝缘环(35)均为陶瓷圆筒，且内径大于所述中心轴直径；
所述后聚焦电极(30)、前聚焦电极(32)下方分别设置有后聚焦电极供电孔(400)、前聚焦电极供电孔(402)；
所述后聚焦电极(30)的供电电压U10小于所述前聚焦电极(32)的供电电压U20。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，0V≤U10≤10kV，0V≤U20≤50kV。
7.根据权利要求1～3任一项所述的装置，其特征在于，
所述离子发射装置固定容器(4)包含第一容纳空间(41)和第二容纳空间(42)，所述第一容纳空间的内径大于所述第二容纳空间的内径，所述第一容纳空间(41)的内径与所述离子加速电极(2)的外径相同，所述第二容纳空间(42)的内径与所述束斑调节装置(3)的外径相同，所述离子加速电极(2)容纳于所述第一容纳空间(41)，所述束斑调节装置(3)容纳于所述第二容纳空间(42)。
8.一种抛光蚀刻方法，其特征在于，应用于如权利要求1～7任一项所述的可控束斑离子发射装置，该方法包括：
获取目标区域的大小尺寸，所述目标区域是样品上待抛光蚀刻的区域；
根据所述目标区域的大小，确定第一供电电压、第二供电电压和第三供电电压，所述第一供电电压为所述气体电离装置的供电电压，所述第二供电电压为所述离子加速电极的供电电压，所述第三供电电压为所述束斑调节装置上各聚焦电极的供电电压；
根据所述第一供电电压、所述第二供电电压和所述第三供电电压，产生第一离子束；
利用所述第一离子束对所述目标区域进行抛光蚀刻处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述利用所述第一离子束对所述目标区域进行抛光蚀刻处理之后，还包括：
调整所述第一供电电压、所述第二供电电压和所述第三供电电压，得到对应的第四供电电压、第五供电电压和第六供电电压，所述第四供电电压小于所述第一供电电压，所述第五供电电压小于所述第二供电电压，所述第六供电电压等于0；
利用所述第四供电电压、所述第五供电电压和所述第六供电电压产生第二离子束；
利用所述第二离子束对所述目标区域进行抛光蚀刻处理。
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