CN111579890B - 聚焦离子束杂质鉴定 - Google Patents

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Abstract

聚焦离子束杂质鉴定。具有带电粒子束(CPB)透镜和离子束柱的双束系统可以在分析模式下运行。在所述分析模式下，来自所述离子束柱的离子束可以由CPB偏转为包含主离子束和一个或多个非主离子束的一个或多个分量束。所述双束系统可以鉴定所述非主离子束的离子种类。

Description

聚焦离子束杂质鉴定
技术领域
本公开涉及用于检测离子束内的杂质的设备和方法。
背景技术
带电粒子束系统用于多种应用，包含制造、维修和检查微型装置，如集成电路、磁力记录头和光刻掩模。双束系统通常包含：扫描电子显微镜(SEM)，所述SEM可以提供高分辨率图像而对目标造成的损害极小；以及离子束系统，如聚焦或定形束系统，所述离子束系统可以用于更改衬底(例如，通过铣削)并形成图像。
通常，SEM的最终透镜产生磁场，所述磁场可以更改离子束的轨迹，并且还可以干扰双束系统的各种其它功能。例如，可以通过收集在主离子束撞击目标时喷射的次级粒子来获得关于衬底的组成的图像或信息，然而，SEM的磁场改变次级粒子的路径并使得难以将其收集。通常，此问题的解决方案是在使用离子束时或在使用离子束的某些功能时关闭SEM。
聚焦离子束(FIB)通过溅射(即，从衬底表面物理去除原子和分子)进行铣削。FIB系统通常通过典型地以光栅图案将聚焦离子束引导到衬底的表面上来运行。离子通常是从液态金属离子源(LMIS)或等离子体源提取。所提取的离子使用一系列孔和静电透镜而加速并聚焦到衬底上。
当使用FIB时，希望射束不含可能损坏衬底的杂质。因此，持续需要改进的双束系统。
发明内容
系统包括：带电粒子束(CPB)磁力透镜，所述CPB磁力透镜配置成在分析模式和成像模式下运行；以及离子束柱，所述离子束柱配置成将离子束引导到衬底。透镜驱动器联接到所述CPB磁力透镜。在所述分析模式下，所述CPB磁力透镜通电以将所述离子束偏转为一个或多个分量束，并且在所述成像模式下，所述CPB磁力透镜与所述衬底的成像相关联。在一些实例中，CPB是电子束。在其它实例中，在所述分析模式下，所述透镜驱动器配置成施加分析激发，并且在所述成像模式下，所述透镜驱动器配置成施加大于所述分析激发的成像激发。在典型实例中，所述成像激发的幅值至少10倍于所述分析激发的幅值。在其它实施例中，离子束收集器定位成选择性地接收所述离子束的各个分量束，并且致动器联接到所述离子束收集器并且配置成移动所述离子束收集器以接收所述离子束的各个分量束。在一些实例中，所述离子束收集器是法拉第杯(Faraday cup)，并且所述透镜驱动器可运行以将多个分析激发提供到所述CPB磁力透镜。在另外的实例中，所述离子束收集器包含孔板，所述孔板限定对受选择性引导的一个或多个离子束分量而言可透射的孔。在一些情况下，控制器联接到所述透镜驱动器以便为所述CPB磁力透镜选择所述分析激发或所述成像激发。在其它实例中，提供离子束检测器和致动器，其中所述控制器联接到所述离子束检测器和所述致动器。基于所述离子束收集器中的至少一个电流确定所述离子束的分量的组成。在另外的实例中，所述系统控制器进一步配置成估计与所述离子束分量中的至少一个离子束分量相关联的束电流。在仍其它实施例中，所述控制器配置成选择性地在所述成像模式和所述分析模式下运行所述CPB磁力透镜，并且在所述分析模式下扫描可移动孔。在特定实例中，气体歧管联接到所述离子源并且配置成将一种或多种气体选择性地提供到所述离子源以产生一种或多种对应的离子束分量。
方法包括将离子束引导到衬底并且在分析模式下运行CPB磁力透镜以选择性地偏转所述离子束的至少一个束分量。鉴定与至少一个已偏转束分量相关联的电流或组成。可替代地，鉴定一个或多个束分量的存在。在其它实例中，在所述成像模式下施加图像激发，并且在所述分析模式下施加分析激发，其中所述成像激发的幅值至少十倍于所述分析激发的幅值。在一些替代方案中，在所述分析模式下响应于所述分析激发而将所述离子束偏转为一个或多个分量束，并且测量至少一个已偏转分量束的位置。在一些情况下，测量与多个已偏转分量束相关联的位置和电流。通常，已测量位置中的一些或全部已测量位置与相应的荷质比相关联。在代表性实例中，在所述分析模式下，运行所述离子束以在对应于相应分量束的位置中铣削衬底，并且基于已铣削斑点鉴定所述分量束。在其它实例中，在所述分析模式下，变动分析激发的幅值，并且基于所述分析激发的对应幅值鉴定所述离子束的至少一个分量。
所公开的技术的前述和其它目标、特征以及优点将根据以下参考附图进行的详细描述而变得更加明显。
附图说明
图1A展示了用于执行离子束分析的代表性双束系统。
图1B展示了经历分析的主氙束的代表性离子束铣削图案。
图1C展示了用于执行离子束分析的代表性双束系统，所述双束系统包含磁力分散器。
图2展示了鉴定离子束分量的代表性方法。
图3A展示了用于量化一个或多个离子束分量的幅值的代表性束收集器。
图3B展示了代表性束阻挡件，所述束阻挡件可插入到离子束中以量化一个或多个离子束分量的幅值。
图3C是作为图3B的束阻挡系统的束位置的函数的已测量束电流的曲线图。
图3D展示了用于使用固定束收集器来变动分析激发以量化一个或多个离子束分量的幅值的代表性系统。
图3E是作为图3D的系统的分析激发的函数的已测量束电流的曲线图。
图4展示了代表性双束系统，所述双束系统包含用于执行离子束分析的选择屏蔽件。
图5展示了用于在各种分析激发下经历分析的主氧束的代表性离子束铣削图案。
图6是由双束系统的测试产生的离子的偏离零点的物理移位对离子的质荷比的实验结果的曲线图。
图7是在第一分析激发下，在两个离子束能量下，已铣削斑点的偏转对离子的质荷比的实验结果的曲线图。
图8是在第二分析激发下，在两个离子束能量下，已铣削斑点的偏转对离子的质荷比的实验结果的曲线图。
图9是主氮束与各种杂质之间的已测量间隔对分析激发的曲线图。
图10展示了用于实施所公开的方法和设备的代表性计算机控制系统。
具体实施方式
引言
带电粒子显微镜是一种众所周知且日益重要的微观物体成像技术，特别是呈电子显微术的形式。从历史上看，电子显微镜的基本类已经演变成许多众所周知的设备种类，如透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和扫描透射电子显微镜(STEM)并且还演变成各种子类，如所谓的“双束”工具(例如，FIB-SEM)，所述工具另外采用“加工”聚焦离子束(FIB)，从而例如允许进行如离子束铣削或离子束诱导沉积(IBID)等支持性活动。
在SEM中，通过扫描电子束来照射衬底会以次级电子、反向散射电子、X射线和阴极发光(红外、可见光和/或紫外光子)的形式从衬底产生“辅助”辐射。例如，可以检测此辅助辐射的一个或多个分量并将其用于成像。作为使用电子作为照射束的替代方案，也可以使用其它种类的带电粒子执行带电粒子显微术。在这方面，短语“带电粒子”应该广义地解释为涵盖例如电子、正离子(例如，Ga或Xe离子)、负离子、质子和正电子。除了成像和执行局部表面改性(例如，铣削、蚀刻、沉积等)之外，带电粒子显微镜还可以具有其它功能性，如执行光谱术、检查衍射图等。
在所公开的实施例中，在通常以比图像形成中所使用的电流小的电流产生的减小的磁场强度下运行由磁力分散器(例如，实现基于电子束的图像形成的磁力透镜、磁力短柱等)产生(或使用其它带电粒子束而产生)的磁场。如本文所使用的，由磁力分散器产生的场强取决于“分散器激发”(例如，“透镜激发”)，并且可以与例如分散器线圈中的分散电流或匝数相关联。在所公开的实例中，“零”激发是分散器激发(或分散器激发范围)，其被选择为减小或消除例如由一个或多个磁力透镜的极片的残余磁化引起的试样上或附近的感兴趣区域处的磁场、与离子或电子束聚焦或控制相关联的杂散磁场或其它磁场。在典型实例中，选择零激发，以使得具有不同荷质比的多分量离子束的分量保持聚焦在共同位置处或附近。“成像”激发是指与相关联的电子显微镜的成像运行(如在扫描电子显微术(SEM)中将电子束聚焦在目标区域上或对透射电子定形以形成电子图像(TEM))相关联的分散器激发(或激发范围)。在许多实例中，这种成像激发包含操作员可选择的激发范围。“分析”激发是被选择成使得具有不同荷质比的多分量离子束的分量分散在试样或其它测试表面处或附近以使得这些分量在作为每一分量的相应的荷质比的函数的不同位置处入射在测试表面上的分散器激发(或激发范围)。可以选择激发值范围中的具体值以产生预期分量分布。在一些情况下，激发被称为与特定的磁通势(MMF)相关联，其中MMF是分散电流和以所述电流通电的分散器线圈中的匝数的乘积。在一些实例中，如果偏转以允许注意到束分量的存在，则将由磁力分散器的分析模式运行引起的束分量称为已鉴定。在一些情况下，确定与束分量相关联的荷质比、电荷、质量或电荷与质量两者。如本文所使用的，这种确定是指提供束分量组成和/或束分量幅值。
如本文所使用的，“束收集器”可运行以接收离子束或其分量并产生对应信号，所述对应信号通常是可以被测量以确定分量束的幅度的电流。代表性实例包括法拉第杯或其它导电壳，但是可以使用利用板边缘的其它孔或束阻挡件或者可以使用电离子检测器。
在一些实例中，离子束分量用于在测试衬底(如硅衬底)中铣削相关联斑点。可以处理已铣削衬底和已铣削斑点的图像，以使斑点与离子荷质比相关联。如本文所使用的，“图像”是指视觉图像以及视觉图像的数字表示或其它所存储表示。另外，除非上下文另外明确指明，否则单数形式“一个/种(a/an)”和“所述(the)”包含复数形式。另外，术语“包含”意指“包括”。进一步地，术语“联接”不必排除所联接项之间存在中间元件。
在本文中所描述的系统、装置和方法不应解释为以任何方式进行限制。相反，本公开涉及各个所公开实施例的所有新颖和非显而易见的特征和方面，无论是单独地还是以彼此形成的各种组合和子组合。所公开的系统、方法和设备不限于任何具体方面或特征或其组合，所公开的系统、方法和设备也不要求存在任何一个或多个具体优点或解决问题。任何运行理论都是为了便于解释，但是所公开的系统、方法和设备不限于这种运行理论。
尽管为了方便呈现，以特定的先后顺序描述了所公开的方法中的一些方法的操作，但是应当理解的是，这种描述方式涵盖重新布置，除非以下阐述的具体语言要求特定排序。例如，按顺序描述的操作在一些情况下可以被重新布置或同时执行。此外，为了简单起见，附图可能没有示出所公开的系统、方法和设备可以与其它系统、方法和设备结合使用的各种方式。另外，本说明书有时使用像“产生”和“提供”等术语来描述所公开的方法。这些术语是所执行的实际操作的高水平抽象。对应于这些术语的实际操作将取决于特定实施方案而变动，并且本领域的普通技术人员可以容易地辨别实际操作。在一些实例中，值、程序或设备被称为“最低”、“最佳”、“最小”等。应当意识到，此类描述旨在指示可以在许多所使用的功能替代方案中进行选择，并且此类选择不需要比其它选择更好、更小或更优选。参考指示为“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等的方向来描述实例。这些术语用于方便描述，但不暗示任何特定的空间取向。
实例1
现在参考图1A，在代表性实施例中，双束系统100包括扫描电子显微镜(SEM)102和离子束柱104。SEM 102可以包括一个或多个带电粒子束(CPB)透镜，如聚光透镜116和物镜106。在一些实施例中，一个或多个CPB透镜可以是磁力透镜，并且具体地说，物镜106可以是磁力物镜。离子束柱被布置成将聚焦离子束(FIB)提供到样品S，并且SEM 102定位成产生样品S的图像。SEM 102和离子束柱104可以安装到真空室108，所述真空室容纳用于固持样品S的可移动衬底固持器110。真空室108可以使用真空泵(未示出)来排空。衬底固持器110可以在如相对于坐标系150所示的X-Y平面中移动，其中Y轴垂直于图平面。衬底固持器可以进一步竖直移动(沿Z轴)以补偿样品S的高度的变动。
在一些实施例中，SEM 102可以竖直地布置在样品S上方并且可以用于对样品S成像，并且离子束柱104可以按一定角度布置并且可以用于加工和/或处理样品S。图1A展示了SEM 102和离子束柱104的示例性取向。
SEM 102可以包括电子源112，并且可以配置成操纵来自电子源112的“原始”辐射束，并对其执行如聚焦、像差减轻、裁剪(使用孔)、滤波等操作。SEM 102可以产生沿着粒子光轴115传播的输入带电粒子束114(例如，电子束)。SEM 102通常可以包括用于将束114聚焦到样品S上的一个或多个透镜(例如，CPB透镜)，如聚光透镜116和物镜106。在一些实施例中，SEM 102可以具有偏转单元118，所述偏转单元可以配置成操纵束115。例如，可以以扫描运动(例如，光栅或向量扫描)跨被研究的样品操纵束114。
如上所述，物镜106(例如，超高分辨率(UHR)透镜)是可以配置成产生磁场以检测和量化离子束124的分量的磁力透镜。磁力物镜106可以通电以在与逐渐增大的磁场幅值相关联的“零”模式、分析模式和成像模式下运行。
如下文进一步详细描述的，磁力物镜106在分析模式下的运行可以在样品附近产生分析磁场，所述分析磁场足够强以引发离子束分量(如由离子束柱104生成的离子束124内的不同原子种类和/或同位素)的分散。换句话说，分析磁场可以将离子束124分成一个或多个分量束。分量束可以包含包括所选离子(如旨在用于FIB铣削或其它操作中的离子)的主离子束以及包括非主要离子或不期望的同位素(例如，与未完全吹扫的先前选择的离子相关联的离子)的一个或多个束。当在分析模式下运行时，将分析激发施加到物镜106。在一些特定实施例中，分析激发对应于约0安培-匝数(At)与500At之间并且具体地说约100At与约300At之间的磁通势(MMF)。磁力物镜106在零模式下的运行可以用于消除例如由透镜极片引起的残余放大，由此为离子束柱铣削创建零场(或低场)条件。当在零模式下运行时，物镜106可以配置成以相对低的激发(如在约-20At与20At之间的MMF下)运行。当在成像模式下运行时，物镜106可以配置成生成具有成像激发的成像磁场，所述成像磁场的幅值通常至少10倍于分析激发的幅值。在一些特定实施例中，成像激发可以大于或等于约1000At。
双束系统100可以还包括计算机处理设备和/或控制单元128，其用于尤其控制偏转单元118、带电粒子束(CPB)透镜106、116和检测器(未示出)，并用于在显示单元上显示检测器收集的信息。控制单元128还可以对离子束124执行分析，从而例如基于在分析模式下产生的离子束分量间隔来鉴定分量离子的幅值和种类。在一些情况下，提供控制计算机130以建立各种激发，记录成像数据并总体上控制SEM与FIB两者的运行。
仍然参考图IA，离子束柱104可以包括离子源(例如，等离子体源120)和离子束光学器件122。在所展示的实施例中，离子束柱104是等离子体聚焦离子束(PFIB)，然而，在其它实施例中，离子束柱104可以是具有液态金属离子源(LMIS)的标准聚焦离子束(FIB)或与聚焦离子束柱相容的任何其它离子源。离子束柱104可以沿着离子光轴125产生和/或引导离子束124。如上所述，离子柱104可以用于对衬底执行成像、处理和/或加工操作，如切割、铣削、蚀刻、沉积等。
在离子束是PFIB的实施例中，离子源120可以通过气体歧管126而流体联接到多种气体，所述气体歧管包含通过相应阀141A-141D联接到离子源120的气体源142A-142D。阀140定位成将气体从气体歧管126选择性地联接到离子源120。如图1A所示，示例性气体包含但不限于氙气、氩气、氧气和氮气。在离子源120的运行期间，可以引入气体，其中气体变得带电或离子化，由此形成等离子体。然后，可以将从等离子体提取的离子加速通过离子束柱104，从而成为离子束。然而，离子束会包含杂质。此处，“杂质”用于指代任何非主要和/或不期望的离子种类，并且可以包含例如来自先前使用的气体的在气体种类之间切换后仍然存在的离子或主要离子种类的不期望的同位素。在一些情况下，可以通过以下在两次使用之间对杂质进行吹扫：使离子束柱运行一段时间或重新泵送气体供应管线，但可能很难确定吹扫所需的时间量并且难以验证束是否纯净。另外，通常无法以这种方式吹扫杂质(如不期望的同位素)。
可以使用在分析模式下运行磁力物镜106来确定离子束124中是否存在任何杂质，并且鉴定杂质的种类和杂质相对于离子束的幅值。当离子束124指向样品S时，物镜106可以在分析模式下运行，从而产生使离子束中的离子偏离其原始轨迹的分析磁场，由此将离子束124分成一个或多个分量束。控制单元128可以测量偏转(偏转幅值和相关联的电流)以鉴定除主要来源(即，用于LMIS的Ga或正在使用PFIB的特定等离子体)之外的非主要(例如，不纯)离子种类或同位素的存在，并确定非主要种类或同位素的相对量。通常，已知离子的束偏转(已知荷质比)可以用于关联其它离子或同位素的束偏转。在一些情况下，可以施加一系列分析激发来确定作为激发的函数的偏转。主束(或其它参考束)的偏转可以计算如下：
Figure BDA0002386408970000101
其中xo是参考束的束偏转，qo是参考离子电荷，vo是参考离子速度，B是通过分析激发产生的磁场的幅值，θ是离子速度与磁场方向之间的角度，mo是参考离子的质量，z是参考离子的传播距离，β＝(Bz2sinθ)/2，EB是离子束电位，并且α＝β/√2。由于系统的几何形状，假设量β对于所有离子均相同。
假设常数B、z和θ，控制单元128可以使用杂质相对于主束的已测量偏转比根据以下等式鉴定未知离子种类的质荷比：
Figure BDA0002386408970000102
其中mn是未知种类的离子质量，qn是未知离子种类的电荷，En是未知种类的离子束电位(通常假设与参考相同，即，En＝EB)，并且xn是未知种类的束偏转。因此，对xn的测量允许基于参考种类的偏转确定额外离子种类的质荷比。
一旦确定了未知种类的质荷比，就可以鉴定所述种类。图1B展示了Xe将作为主要分量的离子束的示例性分析。离子束被引导到测试衬底，并用于在测试衬底中铣削多个斑点。如图所示，分析磁场将束分成16个分量束。计算每个分量的质荷比(m/q)，并且在图1B中示出了所选分量的组成。可能存在额外分量，但其强度对于测试衬底铣削而言过低。一旦已确定未选择离子种类的杂质的组成(或存在)，控制单元128就可以确定有效地吹扫不想要的成分使得离子束124主要由所选离子种类组成所需的时间。例如，可以测量和比较主要离子束与杂质束两者的电流。然后，可以运行(吹扫)系统，直到杂质束的电流低于所选阈值，或者直到不再看到由杂质束铣削的斑点。可替代地，可以用数学方法计算吹扫具体污染物所需的时间量。对于不期望的同位素，控制单元128可以使用例如选择屏蔽件来选择主束，如下文更详细地描述的。
实例2
参考图1C，在代表性实施例中，双束系统160包括扫描电子显微镜(SEM)162、联接到气体歧管165的离子束柱164以及磁力分散器(例如，磁力短柱166)。离子束柱164被布置成将聚焦离子束FIB提供到样品S，并且SEM 162定位成产生样品S的图像。SEM 162和离子束柱164可以安装到真空室168，所述真空室容纳用于固持样品S的可移动衬底固持器170。真空室168可以使用真空泵(未示出)来排空。SEM 162可以产生沿着粒子光轴172传播的输入带电粒子束(例如，电子束)。离子束柱164可以产生离子束并沿着离子光轴174引导离子束，以对衬底执行成像、处理和/或加工操作，如切割、蚀刻、沉积等。
如上所述，双束系统可以包括配置成生成磁场以检测和量化离子束的分量的磁力分散器。在所展示的实施例中，磁力分散器是磁力短柱166。在其它实施例中，磁力分散器可以是例如透镜(例如，图1A的磁力物镜106)的一部分。磁力短柱166可以通电以在与逐渐增大的磁场幅值相关联的“零模式”和一种或多种分析模式下运行。
磁力短柱166在分析模式下的运行可以在样品附近产生分析磁场，其足够强以引发离子束分量(如由离子束柱164生成的离子束内的不同原子种类、同位素或电离)的分散。换句话说，分析磁场可以将离子束分成一个或多个分量束。分量束可以包含包括所选离子(如旨在用于FIB铣削或其它操作中的离子)的主离子束以及包括非主要离子或不期望的同位素(例如，与未完全吹扫的先前选择的离子相关联的离子)的一个或多个束。当在分析模式下运行时，将分析激发施加到磁力短柱166。在一些特定实施例中，分析激发对应于约0安培-匝数(At)与500At之间并且具体地说约100At与约300At之间的磁通势(MMF)。磁力短柱166在零模式下的运行可以用于消除例如由透镜极片引起的残余放大，由此为离子束柱铣削创建零场(或低场)条件。当在零模式下运行时，磁力短柱166可以配置成以相对低的激发(如在约-2At与20At之间的MMF下)运行。
双束系统可以进一步包括用于控制磁力短柱166的定位和激发的计算机处理设备和/或控制单元176。控制单元还可以控制SEM 102和离子束柱104。控制单元176可以对离子束执行分析，从而例如基于在分析模式下产生的离子束分量间隔来鉴定分量离子的幅值和种类。在一些情况下，提供控制计算机178以建立各种激发，记录数据并总体上控制SEM、FIB和磁力短柱的运行。
可以在分析模式下运行磁力短柱166来确定离子束中是否存在任何杂质，并且鉴定杂质的种类和杂质相对于离子束的幅值。当离子束指向样品S时，磁力短柱166可以在分析模式下运行，从而产生使离子束中的离子偏离其原始轨迹的分析磁场，由此将离子束分成一个或多个分量束。控制单元176可以测量偏转(偏转幅值和相关联的电流)以鉴定除主要来源(即，用于LMIS的Ga或正在使用PFIB的特定等离子体)之外的非主要(例如，不纯)离子种类或同位素的存在，并确定非主要种类或同位素的相对量。通常，已知离子的束偏转(已知荷质比)可以用于关联其它离子或同位素的束偏转。在一些情况下，可以施加一系列分析激发来确定作为激发的函数的偏转。主束(或其它参考束)的偏转可以计算如下：
Figure BDA0002386408970000121
其中xo是参考束的束偏转，qo是参考离子电荷，vo是参考离子速度，B是通过分析激发产生的磁场的幅值，θ是离子速度与磁场方向之间的角度，mo是参考离子的质量，z是参考离子的传播距离，β＝(Bz2sinθ)/2，EB是离子束电位，并且α＝β/√2。由于系统的几何形状，假设量β对于所有离子均相同。
假设常数B、z和θ，控制单元176可以使用杂质相对于主束的已测量偏转比根据以下等式鉴定未知离子种类的质荷比：
Figure BDA0002386408970000122
其中mn是未知种类的离子质量，qn是未知离子种类的电荷，En是未知种类的离子束电位(通常假设与参考相同，即，En＝EB)，并且xn是未知种类的束偏转。因此，对xn的测量允许基于参考种类的偏转确定额外离子种类的质荷比。
本实施例的磁力短柱166可以代替前一实施例的磁力物镜来使用或与之组合使用。磁力短柱166也可以与以下实施例中的任何实施例组合使用。
实例3
参考图2，鉴定离子束中的多个离子分量的代表性方法200包括在202处将分析激发施加到成像物镜。在204处，在存在分析激发的情况下，使用被评估的FIB在测试衬底中铣削斑点。在206处，将已铣削斑点中的一些或全部已铣削斑点与分量束位置相关联，并且在208处，将分量束位置中的一些或全部分量束位置与束组成或荷质比相关联。在210处，可以基于与每个荷质比相关联的束电流估计离子束幅值。在一些实例中，在212处，可以估计真空吹扫时间，使得与不想要的离子相关联的束强度减小。
实例4
在一些实施例中，如图3A所示，可移动束捕获组合件300可以配置成鉴定和/或量化离子束内的分量的幅值。在图3A的实例中，可移动束捕获组合件300包含限定在内部导电壳304中的孔302，所述孔可以被设定大小以使一个或多个FIB分量穿过。如图3A所示，内部导电壳与外部导电壳308电绝缘，所述外部导电壳限定孔310，所述孔也可以被设定大小以透射单个FIB分量。绝缘层312将内部导电壳304与外部导电壳308电分离。内部导电壳304和外部导电壳308可以各自固定到绝缘层312。孔302、310通常对齐以允许束透射到由内部导电壳304限定的容积314中。电流计316和偏压源318通常电联接到内部导电壳308，并且视需要，电流表316和偏置源318中的一个或两个(或额外电流表和/或偏置源)。可移动束捕获组合件300固定到致动器322，以便可相对于入射离子束或束分量平移。致动器322的运动可以用固定到致动器322的编码器324来量化。在其它实例中，用被联接以报告孔302跨入射FIB分量的平移的编码器测量可移动束捕获组合件的平移。视需要，控制器(如专用或通用处理器)可以联接到致动器322、编码器324和电流计316，以获得多个孔位置处的电流值从而表征离子束。
如图3A所示，通过将分析激发施加到磁力物镜以从离子束产生分量束，产生了代表性分量束320A-320C。束320B被示出为定位成通过孔302透射。平移孔302允许测量每个束分量320A-320C的电流和平移。定位孔302对应于选择特定荷质比以用于分析离子束分量。在一些实例中，不想要的分量对束电流的总贡献是足够的，而在其它实例中，在一些或全部荷质比下的电流让人感兴趣并且被获得。
实例5
不需要内部导电壳和外部导电壳来分离束分量。单个导电壳或单个孔就可以满足需要。参考图3B，具有边缘331的束阻挡板330联接到线性致动器332以便可移动，从而选择性地阻挡代表性束分量334A-334C到达导电壳340或透射所述代表性束分量。电流计342联接到导电壳340，并且提供对束分量电流的测量结果。通常，束阻挡板330定位于束焦平面346处或附近。图3C是作为与图3B的布置相关联的束阻挡件边缘位置的函数的已测量束电流的代表性曲线图。如图所示，随着束阻挡件边缘遮挡输入离子束的部分，总束电流减小，并且在分量束聚焦斑点之间，束电流保持近乎恒定。换句话说，随着束阻挡件边缘前进，束分量334A被阻挡，从而导致与由I1表示的束分量334A电流相对应的已测量束电流下降。随着束阻挡件边缘继续前进，束分量334A和334B被阻挡，从而导致与由I2表示的束分量334B电流相对应的已测量束电流进一步下降。最终，所有三个束被阻挡，从而导致对应于束分量334C的电流的已测量束电流下降。参考图3C，可以估计束电流和相关联的荷质比。
在其它实例中，使用孔板，并且孔板可以被设定大小以透射一个或多个分量束或其一部分。另外，在一些情况下，FIB可以散焦以大于固定孔。
实例6
在其它实例中，变动分析激发并且固定集电器(如法拉第杯)。参考图3D，FIB柱350将代表性FIB束分量352A-352C引导到测试表面(通常是工作表面位置)354。FIB束分量352A-352C各自依次被法拉第杯356接收，并且用电流计358测量每个束分量的束电流。变动施加到磁力透镜的分析激发，并且用电流计358测量所收集的束电流。在图3E中展示了具有三个不同荷质比的分量的FIB的作为激发的函数的代表性束电流。束分量352A的电流由I1表示，束分量352B的电流由I2表示，并且束分量352C的电流由I3表示。随着所施加的激发增大，额外束分量偏转以使得已测量电流减小。激发可以以逐渐增大或减小的线性或非线性斜坡、各自可以与一个或多个荷质比相关联的一个或多个激发步长的形式变动。在图3D的布置中，可以使用固定的法拉第杯。
实例7
参考图4，在一些实施例中，与图IA所示的双束系统类似的双束系统400包含成像柱402(通常与电子显微镜相关联)以及配置成沿着轴线425引导离子束的离子束柱404。可以将分析激发施加到成像柱402的物镜406，以产生使离子束424的代表性分量411、412、413偏转的磁场。选择屏蔽件420配置成可在X-Y平面中移动并且包括至少一个孔436。选择屏蔽件420的孔436可以与所选分量束(例如，分量束412)对齐，由此仅允许所选成分束412穿过孔436。衬底固持器450可以用于在X方向和Y方向上移动衬底S，由此允许所选分量束铣削衬底S的表面。选择屏蔽件的其它位置允许选择分量束411、413中的一个或多个分量束以用于处理衬底S。
通常，物镜406用于生成用于离子束分析的磁场，但在一些替代性实施例中，代替物镜406或除所述物镜之外，可以将磁场发生器(未示出)配置成生成分析磁场。
实例8
在一些实例中，使用施加到磁力物镜的分析激发将离子束偏转为一个或多个分量束。测量已偏转分量束中的一个或多个分量束的位置，并确定相关联的荷质比。还可以测量一个或多个已偏转分量束的电流，并将其用于确定分量束相对于所选或优选离子束分量的幅值。
在特定的示例性方法中，可以在零模式下激活磁力物镜。当透镜在零模式下运行时，可以使用离子束在衬底S的表面中铣削“零斑点”。然后，可以在分析模式下激活磁力物镜，由此将离子束偏转为一个或多个分量束。已偏转离子束可以在衬底S的表面中铣削额外斑点。控制单元可以使用额外斑点的位置确定构成一个或多个分量束的种类。
在一些实施例中，所述方法可以进一步包括使用例如可调整阻挡板(如上文所述的阻挡板200)确定所述一个或多个分量离子束中之一的电流。所选分量离子束可以被引导穿过阻挡板的孔，使得所述分量离子束被接收在法拉第杯内。然后，操作性地联接到法拉第杯的电流计可以确定束的电流，由此允许控制单元128确定分量离子束相对于离子束124的幅值。
一旦已确定一种或多种杂质的身份和幅值，就可以使用选择屏蔽件(如上文所述的选择屏蔽件)选择用于铣削衬底的期望束。
实例9
在一些特定实施例中，双束系统可以用于确定由如镓等液态金属离子源(LMIS)生成的离子束的纯度。天然存在的镓是双同位素的，这意味着其是以下两种同位素的混合物：一种同位素，其包括天然存在的镓中约60％的原子，原子质量为约69；以及第二种同位素，其包括天然存在的镓中约40％的原子，原子质量为约71。由磁力物镜产生的分析磁场使每种同位素以不同方式偏转，从而产生两个束。可以测量束电流和位移，以确定束中的哪个束对应于哪个同位素，并量化存在于离子束中的每种同位素的相对量。如果这些同位素之一对于衬底处理而言是优选的，则可以将选择屏蔽件或其它孔定位成仅允许优选的同位素到达衬底。
实例10
使用如上所述的双束系统定量和定性地确定氧气(O2)等离子体束的痕量杂质。如图5所示，将一系列斑点铣削到衬底中。首先，在超高分辨率(UHR)透镜在零模式下以约-20At的激发运行时，铣削“零点”。然后，在分析模式下运行UHR透镜，并铣削额外斑点，同时在Y方向上移动衬底，并在铣削每个系列的斑点之间增大分析激发。如图5所示，当UHR透镜在分析模式下操作时，磁场引起束分量的不同偏转，从而导致一系列分量斑点。在各种UHR透镜分析激发下(如在约25At、约50At和约100At下)以及在各种束能量(如约30kV和约8kV)下测量偏转。
对每个系列已铣削斑点的分量斑点执行定性分析。图6展示了在30kV的束能量下，对于若干分析激发值中的每个分析激发值，取决于离子的质量/电荷的相对于零点位置的离子位置的偏移。通过分析与场有关的系数，确定以下偏转等式：
(1.7*AT+34)*(m/q)-0.5
其中AT是UHR透镜施加的分析激发(以At为单位)，m是离子种类质量，并且q是离子种类电荷。
图7-8示出了在不同分析激发(针对8kV和30kV的束能量，25At和50At)下的偏转。如图7-8所示，对于较低束能量，观察到较大偏转，并确定8kV下的以下偏转等式：
(3.1*AT+60)*(m/q)-0.5。
图9是示出了作为所施加的激发的函数的使氮作为主束或所选束的离子束的分量束之间的间隔的曲线图。如图9所示，随着分析激发增大，离子束分量之间的间隔增大。
实例11
在一些实例中，可以变动一系列已铣削斑点中的每个已铣削斑点的形状和轮廓。在一些情况下，已铣削斑点表现出可以通过四极调整来减小的明显的彗差(其中每个斑点之间工作台在y上移动)。通过查看形状和轮廓，可以看到最佳四极值将在哪里减少或最小化彗差不对称性。
实例12
图10和以下讨论旨在提供可以实施所公开技术的示例性计算环境的简要总体描述。此外，所公开的技术可以用其它计算机系统配置来实施，包含手持式装置、多处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机等。所公开的技术还可以在任务由通过通信网络链接的远程处理装置执行的分布式计算环境中实践。
参考图10，用于实施所公开的技术的示例性系统包含呈示例性常规PC1000的形式的通用计算装置，包含一个或多个处理单元1002、系统存储器1004和将包含系统存储器1004的各种系统组件联接到所述一个或多个处理单元1002的系统总线1006。系统总线1006可以是使用各种总线架构中的任何总线架构的若干类型的总线结构中的任何总线结构，包含存储器总线或存储器控制器、外围总线和局部总线。示例性系统存储器1004包含只读存储器(ROM)1008和随机存取存储器(RAM)1010。含有有助于在PC1000内的元件之间传送信息的基本例程的基本输入/输出系统(BIOS)1012存储在ROM 1008中。在图10的实例中，用于控制SEM和FIB的分析、成像和其它运行模式的数据和处理器可执行指令存储在存储器1010A中，并且用于鉴定和量化束分量的数据和处理器可执行指令存储在存储器1010B中。
示例性PC 1000进一步包含一个或多个存储装置1030，如用于从硬盘读取和写入硬盘的硬盘驱动器、用于从可移动磁盘读取或写入可移动磁盘的磁盘驱动器以及光盘驱动器。此类存储装置可以分别通过硬盘驱动器接口、磁盘驱动器接口和光驱接口连接到系统总线1006。驱动器和其相关联计算机可读介质为PC 1000提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其它数据的非易失性存储。可以存储可由PC访问的数据的其它类型的计算机可读介质，如磁带盒、闪存卡、数字视频盘。
许多程序模块可以存储在存储装置1030中，包含操作系统、一个或多个应用程序、其它程序模块和程序数据。用户可以通过如键盘等一个或多个输入装置1040和如鼠标等指向装置将命令和信息输入到PC 1000中。监视器1046或其它类型的显示装置也通过如视频适配器等接口连接到系统总线1006。
PC 1000可以使用到一个或多个远程计算机(如远程计算机1060)的逻辑连接在联网环境中运行。在一些实例中，包含一个或多个网络或通信连接1050。远程计算机1060可以是另一PC、服务器、路由器、网络PC或对等装置或其它公共网络节点，并且通常包含上文相对于PC 1000所描述的元件中的许多或所有元件，但是图10仅展示了存储器存储装置1062。个人计算机1000和/或远程计算机1060可以连接到逻辑局域网(LAN)和广域网(WAN)。
已经参考所展示的实施例描述和展示了本公开的原理，将认识到，所展示的实施例可以在布置和细节上进行修改而不脱离此类原理。例如，以软件示出的所展示的实施例的元件可以以硬件实施，反之亦然。而且，来自任何实例的技术可以与其它实例中的任何一个或多个实例中描述的技术组合。应认识到，所展示的实施例是实例且不应被视为对本发明的范围的限制。因此，我们要求保护落入所附权利要求的范围和精神内的所有主题。在以上实例中具体提出的替代方案仅仅是说明性的，并且不构成在本文中描述的实施例的所有可能的替代方案。

Claims (20)

1.一种用于离子束的系统，其包括：
磁力分散器，所述磁力分散器配置成在分析模式下运行；
离子束柱，所述离子束柱配置成将离子束引导到衬底，
其中在所述分析模式下，所述磁力分散器通电以将所述离子束偏转为一个或多个分量束；以及
其中所述磁力分散器是联接到透镜驱动器的带电粒子束磁力透镜，其中所述带电粒子束磁力透镜进一步配置成在成像模式下运行，其中在所述成像模式下，所述带电粒子束磁力透镜与所述衬底的成像相关联，并且其中带电粒子束是电子束。
2.根据权利要求1所述的系统，其中在所述分析模式下，所述透镜驱动器配置成施加分析激发，并且在所述成像模式下，所述透镜驱动器配置成施加大于所述分析激发的成像激发。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述成像激发的幅值至少10倍于所述分析激发的幅值。
4.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：离子束收集器，在所述分析模式下，所述透镜驱动器配置成施加分析激发，所述离子束收集器定位成响应于分析激发而选择性地接收所述离子束的各个分量束，并且其进一步包括：致动器，所述致动器联接到所述离子束收集器并且配置成响应于所述分析激发而移动所述离子束收集器以接收所述离子束的各个分量束。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述离子束收集器是法拉第杯。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述透镜驱动器可运行以提供多个分析激发。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述透镜驱动器可运行以将所述离子束的一个或多个分量选择性地引导到离子束检测器，并且其中所述离子束检测器包含孔板，所述孔板限定对受选择性引导的一个或多个离子束分量而言可透射的孔。
8.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：控制器，所述控制器联接到所述透镜驱动器以选择分析激发或成像激发以供施加到所述带电粒子束磁力透镜，所述控制器配置成估计与所述一个或多个分量束中的至少一个分量束相关联的束电流。
9.根据权利要求8所述的系统，其进一步包括：离子束检测器和致动器，其中所述控制器联接到所述离子束检测器和所述致动器并且基于所述离子束检测器中的至少一个电流确定所述离子束的分量的组成。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制器配置成选择性地在所述成像模式和所述分析模式下运行所述带电粒子束磁力透镜，并且在所述分析模式下扫描可移动孔。
11.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：气体歧管，所述气体歧管联接到离子源并且配置成将一种或多种气体选择性地提供到所述离子源以产生一个或多个对应的分量束。
12.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：显示器，所述显示器联接到控制单元并且配置成指示未选择的离子在所述离子束中的存在。
13.一种用于离子束的系统，其包括：
磁力分散器，所述磁力分散器配置成在分析模式和零模式下运行；
离子束柱，所述离子束柱配置成将离子束引导到衬底，
其中在所述分析模式下，所述磁力分散器通电以将所述离子束偏转为一个或多个分量束；
其中所述磁力分散器是磁力短柱，以及
其中在所述零模式下，所述磁力短柱配置成减轻残余放大以创建零场条件。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述磁力短柱配置成消除残余放大。
15.一种用于离子束的方法，其包括：
将离子束引导到衬底；
在分析模式下通过分析激发运行磁力分散器以选择性地偏转所述离子束的至少一个束分量；
基于所述偏转，鉴定所述至少一个束分量；以及
其中所述磁力分散器是带电粒子束磁力透镜并且带电粒子束是电子束，所述方法进一步包括确定基于所述偏转所鉴定的所述至少一个束分量的组成和幅值。
16.根据权利要求15所述的方法，并且所述方法进一步包括在成像模式下施加成像激发并且在所述分析模式下施加所述分析激发，其中所述成像激发的幅值至少十倍于所述分析激发的幅值。
17.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：响应于所述分析激发而将所述离子束偏转为一个或多个分量束，并且测量至少一个已偏转分量束的位置，并且其进一步包括：测量与多个已偏转分量束相关联的位置和电流。
18.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：在所述分析模式下运行所述离子束以在对应于相应分量束的位置中铣削衬底并且基于所述铣削，鉴定所述分量束。
19.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：在所述分析模式下变动所述分析激发的幅值并且基于所述分析激发的相应幅值，鉴定所述离子束的至少一个分量。
20.一种用于离子束的方法，其包括：
提供双束系统，所述双束系统包含定位成对衬底成像的扫描电子显微镜以及定位成将离子束引导到所述衬底的聚集离子束（FIB）源，所述扫描电子显微镜包括磁力物镜，所述磁力物镜定位成将电子束引导到所述衬底，以基于响应于所述电子束而来自所述衬底的辅助辐射，产生所述衬底的图像；
激活所述磁力物镜的分析模式以生成分析磁场；
在所述分析模式活动的情况下激活离子束柱，并在所述衬底上铣削至少一个斑点；以及
基于离子束分量的偏转，确定所述离子束的一个或多个分量。
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