CN1227961A - 聚焦离子束设备及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种聚焦离子束设备具有离子源1和离子束透镜M，透镜使源于离子源1的离子束16聚焦和偏转，为便于加工试样7，经聚焦和偏转的离子束16照射到位于试样台8的待测试样7上，此时使试样台8倾斜以便在规定角度加工试样7的横截面。此设备还包括相应于试样台加工角度设定离子束引出电极2电压的手段21和相应于试样台加工角度使试样台8倾斜规定角度的手段23，由此能以规定角度加工上述横截面。
Description
本发明涉及一种聚焦离子束设备及其控制方法，特别是涉及一种适用于垂直加工形成半导体元件或类似微细元件横截面的聚焦离子束设备。
在过去的这类聚焦离子束设备中，如日本未审查专利出版物(KOKAI)H4-62748中所公开的那样，为了保持试样上形成的横截面垂直，操作员需通过初步的实验或模拟来探测预期的倾斜角，然后调整样品台的倾斜角度以消除这个角度。
图6用图示方式显示了通常聚焦离子束设备的组成。照射到试样上的离子束流密度具有高斯分布，而且如图7中所示，加工区的侧面不垂直，而是有一个角度α。此倾角α依赖于加工条件。造成这个倾角α的原因包括粒子束流密度和离子束孔径直径。离子束孔径直径由离子束引出电极2的离子束引出电压控制，离子束引出电压由发射控制回路10控制。操作者先选择加工方式，然后使用一个金属板去调节离子束孔径直径，直到调到符合加工所需的直径，最后调节试样台的倾斜角。如图3所示，其结果消除了加工中出现的倾斜。
离子束发生源是有限的，然而当使用时，获取离子束逐渐变得越来越困难，而最终由于枯竭或其它原因而不能取出离子束。在聚焦离子束设备中，发射控制回路10自动起到改变离子束流的作用，所以能获得稳定的离子束流。因此，由于操作员很难始终调节引出电压的变化，也就不能设计引出电压。其结果就引起了一个问题：不能执行所预期的加工工艺。
在上述现有技术设备中，操作员必须手工进行试样台倾斜角的调整和离子束孔径直径的调节。也正由于这个原因，会发生操作失误，导致工作效率低下。
因此，本发明的目的是，通过特别提供一种新型的聚焦离子束设备及其控制方式来改善上述现有技术的缺点，使其能在试样上形成规定角度的横截面，特别是能形成相应的垂直横截面。
本发明的另一个目的是提供一种即使在离子束引出电极电压变化时也能始终稳定加工试样的聚焦离子束设备及其控制方法。
为了实现上述目的，本发明有以下所述的基本技术组成：
具体地说，依据本发明的聚焦离子束设备的首要方面是一个带离子源和离子束透镜的聚焦离子束设备。透镜使来源于上述离子源的离子束聚焦和偏转，上述经聚焦和偏转的离子束照射到位于试样台上的待加工试样上，以便加工上述试样；为便于以规定角度加工试样的横截面，此时上述试样台可发生倾斜。上述聚焦离子束设备包括：对应于所述样品台的加工角度，设定离子束透镜的离子束引出电极电压的手段；及使所述试样台倾斜到规定角度的手段，此规定角度对应于所述试样台的加工角度，以便以规定角度加工出所述试样的横截面。
本发明的聚焦离子束设备的次要方面是提供了设定离子束透镜的离子束孔径直径的手段，以对应于试样台的加工角度。
本发明的聚焦离子束设备的第三个方面包括一个离子源和离子束透镜。通过透镜，使来源于离子源的离子束聚焦并偏转。为便于加工样品，经聚焦和偏转的离子束照射到试样台上待加工的试样上。为便于以规定角度加工出试样的横截面，此时可倾斜样品台。本设备还含有以下三个手段：第一手段基于试样台的加工角度，设定了上述离子束透镜的离子束引出电极电压；第二手段基于试样台的加工角度设定了上述离子透镜的离子束孔径直径；第三手段基于试样台的加工角度使试样台以一规定角度倾斜。
本发明的聚焦离子束设备的第四个方面含有一个离子源和离子束透镜，透镜使来源于离子源的离子束聚焦和偏转，经聚焦和偏转的离子束照射到待加工试样上，以便加工试样。在此设备中，提供了在离子束透镜的偏转回路中设定偏转电压和离子束轴的手段。此电压对应于试样台的加工角度。考虑到试样台，离子束轴偏转到一规定的角度以利于加工试样。
依据本发明，一种控制聚焦离子束方法的首要方面是控制聚焦离子束设备的方法。此设备含离子源和能聚焦并偏转源于离子源的离子束的透镜。其中经聚焦和偏转的离子束照射到试样台上的待加工试样上，以便于加工试样。为便于在规定角度加工试样的横截面，此时可倾斜试样台。此方法中，基于试样台的加工角度，设定了离子束透镜的离子束孔径直径和离子束透镜离子束引出电极电压；而且基于试样台的加工角度，使试样台倾斜到规定角度。结果，能以规定角度加工上述横截面。
本发明中的控制聚焦离子束方法的次要方面，是控制聚焦离子束设备的方法。此设备含离子源和能聚焦并偏转来源于离子束的离子束透镜。其中经聚焦和偏转的离子束照射到试样台上待加工的试样上，以便于加工试样。设定了离子束透镜的偏转回路的偏转电压，并相应于试样台的加工角度使离子束轴相对于试样台偏转一角度，以便于在规定角度加工试样的横截面。
依据本发明，控制离子束聚焦电极的电压以便即使离子束引出电极发生了变化，加工条件也长时间稳定。
图1是依据本发明的聚焦离子束设备的操作图；
图2是依据本发明的聚焦离子束设备的方框图；
图3是显示试样台发生倾斜和垂直加工试样时的情形的图；
图4是本发明另一个实施例的示意图；
图5是图4的加工情形的横截面图；
图6是以前聚焦离子束设备的方框图；
图7是现有技术的加工情形的示意图。
下面结合附图详细描述本发明的聚焦离子束设备和控制方法的最佳实施例。
图1说明了本发明中聚焦离子束设备的操作，图2是本发明的实施例的方框图。
上述各图示出聚焦离子束设备含有离子源1和离子束透镜M，透镜M使来源于离子源1的离子束16聚焦和偏转；经聚焦和偏转的离子束16被照射到试样7上，被加工的试样7位于试样台8上。为便于在规定角度加工试样7的横截面，试样台8可以倾斜。本设备还含有在离子束透镜M的离子束引出电极2上设定电压的手段21，此电压对应于试样台8的加工角度；并且含有造成试样台8倾斜到规定角度的手段23，此角度对应于试样台8的加工角度。因此我们能以规定角度加工试样7的横截面。
电压设定手段21包括设定离子束透镜M的离子束孔径直径的手段，它对应于试样台8的加工角度。
下面更详细地阐述本发明。
图中，参考数字1代表离子源，2是离子束引出电极，3是静电透镜，4是离子束孔径电极，5是偏转电极，6是静电透镜。离子源1，离子束引出电极2，静电透镜3，离子束孔径电极4，偏转电极5和静电透镜6沿朝试样台8的方向依次排列。
离子源1由离子源控制回路9控制，离子束引出电极2由发射控制回路10控制，离子束孔径电极4由离子束孔径控制回路11控制，以便于控制离子束孔径直径。偏转电极5由偏转控制回路12控制，静电透镜6由透镜控制回路13控制。基于来自中央控制回路15的命令，离子源控制回路9，发射控制回路10，离子束孔径控制回路11，偏转控制回路12，和透镜控制回路13即可得到控制。
基于来自中央控制回路15的命令，所提供的手段23使试样台倾斜到规定的角度。通过试样台控制回路14和倾斜手段23，能使试样台8倾斜到规定角度α。这样放在试样台8上的试样7的横截面能被垂直加工。
尤其是，在本发明中，在中央控制回路15中提供了转换表21。此表在离子束孔径直径和离子束引出电极基础上—前者由离子束孔径控制回路11控制，后者由发射控制回路10控制—设定了试样台的倾斜角α。当离子束引出电极2的电压和离子束孔径直径被设定时，中央控制回路15向试样台控制回路14输送倾斜角数据。试样台控制回路14使试样台8以规定角度倾斜。所以本发明的聚焦离子束设备能垂直加工试样7的横截面。
本发明的聚焦离子束设备中，可通过控制透镜控制回路13来改变束流密度。有可能在适于加工的加工模式和适于观察的观察模式之间作出选择。其结果是，本发明应用于加工模式。
因此，在加工模式下，当设定电流密度和设定倾斜角α(步骤S1)时，从转换表21存取离子束引出电极2的引出电压和离子束孔径直径，并调节离子束透镜M(步骤S2)，然后把倾斜角数据送入试样台控制回路14(步骤S3)，使试样台8倾斜到规定的角度α(步骤S4)。
因此，即使离子束引出电极2的电压在加工过程中发生变化，由于离子束孔径电极4的电压自动地变化以便于保持设定的倾斜角，即使离子束孔径直径和上述的电极2的电压变化了，也能连续稳定地加工工件。
以上的描述是对于这样的一个情况：从试样台的倾斜角来设定离子束引出电压和离子束孔径直径。也可能从离子束引出电压和离子束孔径直径来反方向设定试样台的倾斜角度，并引起试样台倾斜到如此设定的倾斜角度。
图4和图5示出了本发明的另一个实施例，其中提供了手段22，由此设定了对应于试样台8的加工角度的偏转电极5的偏转电压。
也就是说，在加工模式下，当设定倾斜度α(步骤S11)时，从转换表设定偏转电极5的偏转电压值(步骤S12)，它用于调节离子束透镜M(步骤S13)，使离子束16的轴以规定角度倾斜(步骤S14)。通过这些步骤，如图5所示，试样台8上试样7的横截面被垂直加工。
由于上述构造的优点，本发明中的聚焦离子束设备不断地监视离子源的状态，而且由于这种状态是在加工状态下被反映出来的，因此本聚焦离子束设备可以进行稳定的加工。
另外，由于操作员没有介入离子束和样品间相关角度的一系列操作，减少了操作员的失误，从而提高了工作效率。
Claims (6)
1.一种具有离子源和离子束透镜的聚焦离子束设备，该透镜使源于所述离子源的离子束聚焦和偏转，所述经聚焦和偏转的离子束照射到位于试样台上的待测试样上以便于加工上述试样，为便于在规定角度加工试样的横截面，此时可倾斜上述试样台，所述聚焦离子束设备包括：
相应于所述试样台加工角度设定所述离子束透镜的离子束引出电极电压的手段，以及
相应于试样台的所述加工角度使所述试样台倾斜规定角度的手段，以便在规定角度加工所述试样的横截面。
2.按照权利要求1所述的聚焦离子束设备，其特征在于它包括相应于所述试样台的加工角度用于设定所述离子束透镜的离子束孔径直径的手段。
3.一种具有离子源和离子束透镜的聚焦离子束设备，该透镜使源于所述离子源的离子束聚焦和偏转，所述经聚焦和偏转的离子束照射到位于试样台上待测的试样上，以便于加工上述试样，为便于在规定角度加工试样的横截面，此时可倾斜上述试样台，所述聚焦离子束设备包括：
基于所述试样台加工角度设定所述离子束透镜的离子束引出电极电压的第一手段；
基于所述试样台加工角度设定所述离子束透镜的离子束孔径直径的第二手段；以及
基于所述试样台加工角度使所述试样台倾斜规定角度的第三手段。
4.一种具有离子源和离子束透镜的聚焦离子束设备，该透镜使源于所述离子源的离子束聚焦和偏转，其中所述经聚焦和偏转的离子束照射到位于试样台上待测的试样上，以便于加工上述试样，所述设备还包括相应于所述试样的加工角度设定所述离子束透镜的偏转回路的偏转电压的手段，由此当加工所述试样时，所述离子束轴相对于所述试样台偏转一规定角度。
5.一种控制具有离子源和离子束透镜的聚焦离子束设备的方法，该透镜使源于所述离子源的离子束聚焦和偏转，所述经聚焦和偏转的离子束照射到位于试样台上的待测试样上以便于加工所述试样，为便于在规定角度加工试样的横截面，此时可倾斜上述试样台，其中，所述方法基于所述样品台加工角度设定所述离子束透镜的离子束孔径直径及所述离子束透镜的离子束引出电极电压，并基于所述试样台加工角度，使试样台以规定角度倾斜，以便于以规定角度加工所述试样横截面。
6.一种控制具有离子源和离子束透镜的聚焦离子束设备的方法，该透镜使源于所述离子源的离子束聚焦和偏转，所述经聚焦和偏转的离子束照射到位于试样台上的待测试样上以便于加工上述试样，其中所述方法相应于所述试样台的加工角度设定所述离子束透镜的偏转回路的偏转电压，并相对于所述试样台使所述离子束轴偏转，以便于在规定角度加工所述试样的横截面。
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