DE10056482A1 - Säule mit energiegefiltertem, fokussierten Ionenstrahl - Google Patents

Säule mit energiegefiltertem, fokussierten Ionenstrahl

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Abstract

Die Auflösung eines Strahls aus geladenen Teilchen, beispielsweise eines Strahls aus fokussierten Ionen (FIB), wird durch Bereitstellung eines Energiefilters in dem Ionenstrahlstrom optimiert. Das Energiefilter läßt Ionen mit einem gewünschten Energiebereich durch, wogegen es eine Dispersion bei sämtlichen Ionen außerhalb des gewünschten Energiebereiches erzeugt und diese ausfiltert. Durch Verringerung der Energieverschmierung des Ionenstrahls wird die chromatische Aberration des Ionenstrahls verringert. Daher wird die Stromdichte des Ionenstrahls erhöht. Das Energiefilter kann beispielsweise ein Wien-Filter sein, das als Energiefilter optimiert ist, im Vergleich zu einem Massenfilter. Beispielsweise kann zur Erzielung einer nutzbaren Dispersion das Energiefilter eine Quadrupolstruktur zwischen zwei Magnetpolstücken aufweisen, um hierdurch die Kombination aus einem elektrischen Quadrupolfeld und einem elektrischen Dipolfeld innerhalb eines Magnetfeldes zu erzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Optimieren eines Geräts mit geladenem Teilchenstrahl, beispielsweise eines Geräts mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB), und betrifft insbesondere das Optimieren der chromatischen Aberration in einem FIB unter Verwendung eines Energiefilters.
Systeme mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB) auf der Grundlage einer Flüssigmetallionenquelle (LMIS) stellen ein wichtiges, manchmal unverzichtbares Werkzeug in vielen Zweigen der Wissenschaft und der Industrie dar, insbesondere in der Halbleiterindustrie. Die Einsätze moderner FIB-Systeme umfassen die Gerätemodifikation, die Auswahluntersuchung, die Sondenpunkterzeugung, die Photomaskenreparatur, die maskenlose Lithographie, die Probenvorbereitung für Transmissionselektronenmikroskope (TEM), die Abtastionenmikroskopie und die Sekundärionenmassenspektroskopie.
Heutige Anwendungen von FIB-Systemen erfordern eine hohe Auflösung, also einen kleinen Strahldurchmesser und eine hohe Stromdichte. Bekanntlich ist das zentrale Teil eines FIB-Systems die Säule, die aus einer LMIS und Optikbauteilen für geladene Teilchen besteht, welche das Extrahieren, den Transport, die Ablenkung und die Fokussierung des Ionenstrahls bewirken. FIB-Systeme sind wohlbekannt, beispielsweise aus dem US-Patent Nr. 5 825 035, das durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird.
Die Auflösung einer herkömmlichen Säule für die meisten nutzbaren Strahlstrombereiche ist infolge der chromatischen Aberration wegen der großen Energieverschmierung der LMIS begrenzt, die im Bereich von 5 eV bis 10 eV liegt. Wegen dieser unvermeidlich bei einer LMIS vorgesehenen Energieverschmierung gibt es keine wirksame Art und Weise, die Energieverschmierung durch Abstimmung der Emission der LMIS weiter zu verringern. Im allgemeinen dominieren die Eigenschaften der Säule die Gesamtleistung des FIB-Systems. Die inhärente Energieverschmierung der LMIS beeinflußt daher wesentlich die Leistung eines herkömmlichen FIB-Systems.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Strahl aus geladenen Teilchen durch ein Energiefilter hindurchgeleitet, um die chromatische Aberration auszuschalten oder zu verringern. Eine Quelle für geladene Teilchen, beispielsweise eine LMIS, wird zur Erzeugung geladener Teilchen verwendet. Ein Energiefilter stromabwärts der Quelle der geladenen Teilchen verringert die Energieverschmierung des Strahls aus geladenen Teilchen, da nur jene geladenen Teilchen durchgelassen werden, die innerhalb eines gewünschten Energiebereiches liegen. Durch Verringerung der Energieverschmierung des Strahls aus geladenen Teilchen wird die chromatische Aberration des Systems verringert, wodurch die Stromdichte des Strahls erhöht wird.
Das Energiefilter kann beispielsweise ein Wien-Filter sein, das zum Zwecke der Energiefilterung optimiert ist. Das Energiefilter kann beispielsweise eine Quadrupolanordnung zwischen zwei Magnetpolstücken einsetzen, wodurch die Kombination aus einem elektrischen Quadrupolfeld und einem elektrischen Bipolfeld innerhalb eines Magnetfeldes erzeugt wird. Die Quadrupolanordnung kann durch vier hyperbolische Oberflächen gebildet werden, oder beispielsweise vier zylindrische Oberflächen, deren Achsen parallel zur Ausbreitungsrichtung des Strahls aus geladenen Teilchen verlaufen. Durch das Anlegen geeigneter Spannungen an die Quadrupolanordnung kann eine Kombination aus einem elektrischen Quadrupolfeld und einem elektrischen Bipolfeld erzeugt werden, welche als das gewünschte Energiefilter arbeitet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine FIB-Säule mit hoher Auflösung und hoher Stromdichte, die ein Energiefilter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
Fig. 2 ein herkömmliches Wien-Filter, das als Geschwindigkeitsfiltergerät verwendet wird;
Fig. 3 ein Diagramm der Abhängigkeit der Dispersion vom elektrischen Feld in einem herkömmlichen Wien-Filter;
Fig. 4 ein Diagramm der Abhängigkeit der Dispersion vom elektrischen Feld in einem herkömmlichen Wien-Filter, wenn die Strahlenergie auf 5 keV verringert ist;
Fig. 5 ein Wien-Energiefilter, das als das Energiefilter gemäß Fig. 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;
Fig. 6 ein Diagramm der Abhängigkeit der Dispersion vom elektrischen Feld für das in Fig. 5 gezeigte Energiefilter; und
Fig. 7 ein Diagramm der Abhängigkeit der Komponente des elektrischen Feldes von der Richtung x bei dem in Fig. 5 gezeigten Energiefilter.
In Fig. 1 ist eine FIB-Säule 100 mit hoher Auflösung und hoher Stromdichte dargestellt, die ein Energiefilter 102 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. Wie in Fig. 1 dargestellt, weist die FIB-Säule 100 eine LMIS 104 auf (beispielsweise eine Ga-LMIS), einen Extraktor 106, eine Kondensorlinse 108, eine Strahlauswahlöffnung 110, und eine Objektivlinse 112. Die FIB-Säule 100 fokussiert einen Ionenstrahl 114 auf ein Target 116. Das Energiefilter 102 ist irgendwo zwischen der Kondensorlinse 108 und der Strahlauswahlöffnung 110 angeordnet, und kann beispielsweise als Wien-Filter ausgebildet sein, das eine Filteröffnung 103 aufweist, und in Bezug auf die Energiefilterung optimiert ist.
Die chromatische Aberration in einer herkömmlichen FIB-Säule läßt sich folgendermaßen darstellen:
wobei dc die chromatische Aberration bezeichnet; α der Akzeptanzhalbwinkel ist, der durch die Strahlstrombegrenzungsöffnung festgelegt wird, und einen festen Wert für einen vorgegebenen Strahlstrom aufweist; Cc den Koeffizienten der chromatischen Aberration der Säule auf der Objektivseite bezeichnet; ΔU die Energieverschmierung des Strahls bezeichnet; und U die Strahlenergie bezeichnet. Intuitiv würde man aufgrund von Gleichung (1) annehmen, daß zur Verringerung der chromatischen Aberration die Strahlenergie U erhöht werden sollte. In der Praxis gibt es jedoch zahlreiche Schwierigkeiten in Bezug darauf, einfach die Strahlenergie U zur Verringerung der chromatischen Aberration zu erhöhen. Beispielsweise ist manchmal eine höhere Strahlenergie nicht erwünscht, oder sogar für zahlreiche Anwendungen schädlich. Die Erhöhung der Strahlenergie erfordert häufig größere und teurere Stromversorgungen höhere Anforderungen an Isolatoren, und größere Spalte zwischen den optischen Elementen. Größere Spalte zwischen den optischen Elemente führen im allgemeinen zu einem größere Koeffizienten Cc der chromatischen Aberration, wodurch die chromatische Aberration erhöht wird, statt verringert zu werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die FIB-Säule 100 durch ein Energiefilter 102 ergänzt, welches die Energieverschmierung des Ionenstrahls dadurch steuert, daß ein bestimmter Energiebereich der Ionen hindurchgelassen wird, auf ihrer ursprünglichen Bahn, und die Ionen mit unerwünschter Energie abgetrennt werden. Daher wird die Energieverschmierung ΔU in Gleichung (1) verringert, wodurch die chromatische Aberration Dc verringert wird.
Auf den ersten Blick könnte es so aussehen, daß das hinzugefügte Energiefilter die Energieverschmierung ΔU dadurch verringert, daß eine Einbuße an Strahlstrom (oder Winkelintensität) auftritt, und daher die chromatische Aberration nicht verringert werden kann, da der Akzeptanzhalbwinkel α vergrößert werden muß, um denselben Strahlstrom aufrechtzuerhalten. Durch Erzeugung einer Energiedispersion in einer Richtung ist jedoch die Verringerungsrate der Energieverschmierung ΔU größer als die Erhöhungsrate des Akzeptanzhalbwinkels α.
Wird die Energieverschmierung nach der Energiefilterung mit ΔU1 bezeichnet, dann ergibt sich folgende chromatische Aberration Dc für den Strahlstrom:
Es wird darauf hingewiesen, daß der Akzeptanzhalbwinkel den Wert α √ΔU/ΔU1 annimmt, um denselben Strahlstrom aufrechtzuerhalten, da der Strahlstrom proportional zu α2 ist. Aus Gleichung (2) geht hervor, daß die chromatische Aberration Dc um den Faktor √U/ΔU1 verringert wird, in Bezug auf einen Ionenstrahl, der von einer FIB-Säule ohne Energiefilterung erzeugt wird. Sind beispielsweise ΔU1 = 1 eV, ΔU = 5 eV, dann ist die chromatische Aberration dc des energiegefilterten Ionenstrahls um den Faktor 2,24 kleiner als bei dem Ionenstrahl ohne Energiefilterung. In einer Situation, in welcher die chromatische Aberration überwiegt, wie dies bei einer FIB-Säule der Fall ist, wird die endgültige Auflösung des Systems annähernd um denselben Faktor verbessert.
Da die FIB-Säule 100 von der verringerten chromatischen Aberration profitiert, profitiert die FIB-Säule 100 auch von einer erhöhten Stromdichte. Bei einem System, das von der chromatischen Aberration dominiert wird, ergibt sich, wenn von der chromatischen Aberration dc angenommen wird, daß sie die gesamte Strahlgröße repräsentiert, die Stromdichte auf dem Target 116 für den Strahlstrom I wie folgt:
Nach der Energiefilterung weist die chromatische Aberration dc für denselben Strom I den Wert dc√ΔU/ΔU1 auf. Daher ergibt sich für J:
Anders ausgedrückt wird die Stromdichte durch den Faktor ΔU/ΔU1 erhöht.
Wie voranstehend erläutert, kann das Energiefilter 102 beispielsweise ein Wien-Filter sein. Wien-Filter werden herkömmlich in FIB-Säulen als Massentrenner eingesetzt. Für weitere Informationen über Wien-Filter, die als Massentrenner eingesetzt werden, vgl. die US-Patente Nr. 5 189 303 und Nr. 4 789 787, die beide durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen werden.
Fig. 2 zeigt ein herkömmliches Wien-Filter 120, welches ein Geschwindigkeitsfiltergerät darstellt, bei welchem ein elektrisches Feld E eingesetzt wird, das zwischen zwei Platten 122, 124 mit einer Spannung +V/2 bzw. -V/2 erzeugt wird, sowie ein senkrechtes Magnetfeld B, das zwischen zwei Magnetpolstücken 126, 128 erzeugt wird. Die Magnetpolstücke 126, 128 können beispielsweise als Permanentmagneten, elektrische Spulen, oder als Kombination aus Permanentmagneten und elektrischen Spulen ausgebildet sein. Die Richtung eines Ionenstrahls, der durch das Wien-Filter 120 hindurchgeht, verläuft senkrecht zu den Ebenen von E und B. Ionen mit unterschiedlichen Massen und unterschiedlichen Ladungen werden unterschiedlich abgelenkt. Die Bedingung für den unabgelenkten Durchgang (Bedingung für den geradlinigen Durchgang) durch das Wien-Filter 120 für Ionen mit einer Geschwindigkeit v ist:
e = vB (5)
Die Ablenkung von Ionen beim Verlassen des Wien-Filters 120 mit einer Masse m + Δm, wenn die Bedingung für geradlinigen Durchlaß für die Masse m aufrechterhalten wird, ergibt sich folgendermaßen:
Δx = -(L2/2)(E/2 V)(Δm/m) (6)
wobei L die Länge des Filters ist, und V die Ionenbeschleunigungsspannung. Das Prinzip der Massentrennung, das sich aus Gleichung (6) ergibt, wurde in weitem Ausmaß bei den herkömmlichen Wien-Filtern eingesetzt, die bei FIB-Säulen verwendet werden.
Das herkömmliche Wien-Filter nutzt jedoch nur einen Aspekt seiner Filtereigenschaften, nämlich die Massenfilterung. Der andere Aspekt der Filtereigenschaften, der gemäß der vorliegenden Erfindung genutzt wird, ist die Strahlenergiefilterung.
Um die Konstruktion eines als Energiefilter ausgelegten Filters besser zu verstehen ist es nützlich, sich den Betrieb eines herkömmlichen Wien-Filters 120 zu überlegen, beispielsweise jenes, das in Fig. 2 gezeigt ist.
Bei einem herkömmlichen Wien-Filter mit gleichförmigem Feld, bei welchem E und B konstant sind, ist die Raumdispersion der Ionen, die das Filter in Richtung x des in Fig. 2 gezeigten Koordinatensystems verlassen, folgendermaßen:
Hierbei bezeichnet q die Ladung der Ionen, und U die Strahlenergie. In den Richtungen y und z ist keine Dispersion vorhanden. In Fig. 3 ist die Dispersion Δx in Mikrometer (µm) in Abhängigkeit vom elektrischen Feld E aufgetragen, mit einer Strahlenergie U = 30 keV, einer Energieverschmierung ΔU = 5 eV, und einer Länge des Wien-Filters von L = 50 mm, 100 mm, 150 mm bzw. 200 mm. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist für diese Art eines Wien-Filters und diesen Energiebereich die Dispersion Δx sehr klein. Daher ist ein herkömmliches Wien-Filter 120 nicht als Energiefilter gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet, da eine Filteröffnung, die kleiner als wenige Mikrometer ist, schwierig herzustellen ist, und nicht lange konstant bliebe, infolge von Ätzeffekten des Ionenstrahls. Darüber hinaus wäre der Strahlstrom, der durch das Filter hindurchgehen kann, extrem klein für eine Säule mit nicht überkreuzender Betriebsart.
Eine Lösung besteht in der Verringerung der Strahlenergie U innerhalb des Wien-Filters 120, und zwar dadurch, daß die Filterelektroden 122, 124 sowie die Eintritts- und Austrittsöffnungen des Filters (nicht dargestellt) erdfrei auf eine bestimmte Spannung bezogen werden, um den Ionenstrahl zu verzögern. In Fig. 4 ist die Dispersion Δx in Abhängigkeit vom elektrischen Feld E aufgetragen, wenn die Strahlenergie U auf 5 keV verringert ist, und die Energieverschmierung ΔU = 5 eV beträgt. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, steigt die Dispersion Δx dramatisch an. Allerdings kann dieses Ausmaß der Dispersion immer noch nicht ausreichend groß für Strahlen mit nicht überkreuzender Betriebsart sein. Darüber hinaus ist die Konstruktion der Optik der FIB-Säule komplizierter, infolge der Abbremsung des Ionenstrahls durch das Energiefilter.
Fig. 5 zeigt ein Wien-Energiefilter 140, das als Energiefilter 102 in einer FIB-Säule 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Da die räumliche Dispersion infolge der Energieverschmierung von 5 bis 10 eV normalerweise erheblich kleiner ist als die räumliche Dispersion infolge unterschiedlicher Massen, sind die geometrische Konstruktion und die Feldstärke, die beim Energiefilter 140 eingesetzt werden, wesentlich anders als bei einem herkömmlichen Wien-Filter 120, das als Massentrenner verwendet wird. Daher ist das Filter 140 sehr gut für Energiefilterzwecke geeignet, da es große Dispersionen erzeugen kann.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, wird das elektrische Feld im Filter 140 durch eine Quadrupolanordnung 142 erzeugt, die sich zwischen zwei gegenüberliegenden Magnetpolstücken 144, 146 befindet. Die Magnetpolstücke 144, 146 können beispielsweise eine Länge von 100 mm und eine Breite von 10 mm aufweisen, jedoch kann selbstverständlich jede geeignete Länge und Breite eingesetzt werden. Im Idealfall werden vier hyperbolische Oberflächen zur Erzeugung eines perfekten Quadrupolfeldes innerhalb des Magnetfeldes verwendet. In der Praxis werden vier Zylinder 148, 149, 150, 151 eingesetzt, welche zylindrische Oberflächen aufweisen, die eine gute Annäherung an die Hyperbelform darstellen, und einfach herzustellen sind. Die Zylinder 148 bis 151 weisen jeweils einen Radius r von annähernd 0,01 bis 10 mm auf, beispielsweise 1,5 mm. Die Zylinder 148 und 151 sowie die Zylinder 149 und 150 sind durch eine Entfernung d von annähernd 1 bis 30 mm getrennt, beispielsweise 6 mm. Die zylindrischen Oberflächen 148 bis 151 können aus jedem leitfähigen Material bestehen, beispielsweise aus Stahl oder einem anderen geeigneten Material. Selbstverständlich können, falls dies gewünscht ist, die Zylinder 148 bis 151 jeden geeigneten Radius r und jede geeignete Trennentfernung d aufweisen. Darüber hinaus können die einzelnen Zylinder 148 bis 151 auch unterschiedliche Radien aufweisen. Daher kann die Quadrupolanordnung 142 symmetrisch oder unsymmetrisch ausgebildet sein.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß zwar das Energiefilter 140 so beschrieben wurde, daß es eine Quadrupolstruktur aufweist, jedoch andere Strukturen verwendet werden können, die ein nichtlineares elektrisches Feld zur Verfügung stellen, beispielsweise eine Oktopolstruktur.
Durch Einsatz einer Quadrupolstruktur 142 und das Anlegen geeigneter Spannungen V1, V2, V3 und V4 an den Zylinder 148, 149, 150 bzw. 151 wird eine Kombination aus einem Quadrupolfeld und einem Dipolfeld erzeugt, die sich folgendermaßen ausdrücken läßt:
Die Einheit a ist ein dimensionsloser Parameter. Bei einem derartigen elektrischen Feld und einem Magnetfeld B = B lassen sich folgende Formeln ableiten:
Gleichung (9) ist Gleichung (7) in der Hinsicht ähnlich, daß es sich bei ihr um eine oszillierende Funktion handelt, was in Bezug auf die Größe der Dispersion nicht sehr wünschenswert ist. Bei Gleichung (10) ist eine lineare Beziehung zwischen Δx und E0 vorhanden, was besser ist als Gleichung (9). Der beste Fall ergibt sich jedoch bei Gleichung (11), bei welcher eine exponentielle Beziehung vorhanden ist.
In Fig. 6 ist die Dispersion Δx in Abhängigkeit vom elektrischen Feld E0 für a < qE0L/2U aufgetragen, mit a) 100, 300 und 600, wobei die Energieverschmierung ΔU = 5 eV ist, die Strahlenergie U = 30 keV, L = 300 mm, jeder Zylinder 148 bis 151 einen Radius r = 1,5 mm aufweist, und die Zylinder um eine Entfernung d = 6 mm getrennt sind. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, kann die Dispersion Δx sehr groß sein, soweit a ausreichend groß ist, und E0 geeignet gewählt wird. In der Praxis weist die Strahlauswahlöffnung für den größten Strahlstrom sowohl in der Überkreuzungsbetriebsart als auch in der Betriebsart ohne Überkreuzung typischerweise einen Radius von weniger als 1 mm auf. Wenn daher die Energieverschmierung auf 1 eV verringert werden soll, und der Radius der Öffnung des Wien-Filters 0,1 mm beträgt, dann ist die Dispersion Δx, die für eine Energieverschmierung ΔU = 5 eV erforderlich ist, kleiner als 0,5 mm. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, kann mit dem in Fig. 5 gezeigten Quadrupol-Energiefilter 140 das gewünschte Ergebnis erreicht werden, wenn a = 600 ist, E0 = 34 v/mm, und L 300 mm. Um diese Werte für a bzw. E0 zu erzielen, lassen sich die Spannungen auf den Zylindern 148, 149, 150 bzw. 151 der Quadrupolstruktur 142 folgendermaßen abschätzen: V1 = 175 V, V2 = -85 V, V3 = 5 V bzw. V4 = -85 V. Die Stärke des Magnetfeldes beträgt 0,119 Tesla. In Fig. 7 ist die Komponente des elektrischen Feldes in der Richtung x bei den voranstehend geschilderten Spannungen dargestellt.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsformen beschrieben, jedoch wird ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, daß sich verschiedene Substitutionen, Abänderungen und Kombinationen der Ausführungsformen vornehmen lassen, wenn man die erfindungsgemäße Lehre verstanden hat. Die voranstehend geschilderten, speziellen Ausführungsformen sollen nur zur Erläuterung dienen. Verschiedene Anpassungen und Modifikationen lassen sich vornehmen, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können verschiedene Arten von Energiefiltern, über ein Quadrupol-Wien-Filter hinaus, gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Darüber hinaus wurde zwar die vorliegende Erfindung beim Einsatz mit einem Ionenstrahl beschrieben, jedoch wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung mit jedem Strahl aus geladenen Teilchen verwendet werden kann, einschließlich eines Elektronenstrahls. Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen und sollen von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein.

Claims (19)

1. Einrichtung für einen Strahl geladener Teilchen, welche aufweist:
eine Quelle für geladene Teilchen; und
ein Energiefilter stromabwärts der Quelle für die geladenen Teilchen, wobei das Energiefilter die Energieverschmierung des Strahls aus geladenen Teilchen dadurch verringert, daß es einen bestimmten Energiebereich geladener Teilchen durchläßt, und eine Dispersion bei den unerwünschten Energiebereichen bewirkt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geladenen Teilchen Ionen sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für geladene Teilchen eine Ionenquelle ist, und die Einrichtung weiterhin aufweist:
eine Kondensorlinse stromabwärts der Ionenquelle;
eine Strahlauswahlöffnung stromabwärts der Kondensorlinse; und
das Energiefilter zwischen der Kondensorlinse und der Strahlauswahlöffnung angeordnet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiefilter ein Wien-Energiefilter ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wien-Energiefilter aufweist:
zwei Magnetpolstücke, die zwischen sich ein Magnetfeld erzeugen; und
eine Quadrupolstruktur, die ein elektrisches Quadrupolfeld innerhalb des Magnetfeldes erzeugt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrupolstruktur eine erste Zylinderstruktur auf einer ersten Spannung aufweist, eine zweite Zylinderstruktur auf einer zweiten Spannung, eine dritte Zylinderstruktur auf einer dritten Spannung, und eine vierte Zylinderstruktur auf einer vierten Spannung, wobei sowohl der erste, der zweite, der dritte als auch der vierte Zylinder eine Achse aufweist, die in derselben Richtung verläuft, und sich der Strahl aus geladenen Teilchen in derselben Richtung bewegt, in welcher die Achsen der ersten, zweiten, dritten und vierten Zylinderstruktur verlaufen.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, die zweite, die dritte und die vierte Spannung verschieden sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrupolstruktur vier hyperbolische Oberflächen aufweist, und an jede hyperbolische Oberfläche eine jeweilige Spannung angelegt ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrupolstruktur eine Kombination aus einem elektrischen Quadrupolfeld und einem elektrischen Dipolfeld erzeugt.
10. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrupolstruktur ein elektrisches Feld erzeugt, das gegeben ist:
wobei die Einheit a ein dimensionsloser Parameter ist, und L die Länge des ersten, zweiten, dritten und vierten Zylinders bezeichnet.
11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiefilter eine Energiedispersion in einer Richtung erzeugt, so daß die Verringerungsrate der Energieverschmierung größer als die Erhöhungsrate des Akzeptanzhalbwinkels ist.
12. Verfahren mit folgenden Schritten:
Erzeugung geladener Teilchen;
Energiefilterung der geladenen Teilchen; und
Fokussieren der bezüglich der Energie gefilterten, geladenen Teilchen auf ein Target;
wobei die Energiefilterung den Durchgang einer gewünschten Energieverschmierung zu dem Target zuläßt, um hierdurch die Auflösung der fokussierten, geladenen Teilchen zu erhöhen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiefilterung umfaßt:
Erzeugung eines Magnetfeldes, das senkrecht zur Bewegungsrichtung der erzeugten, geladenen Teilchen verläuft; und
Erzeugung eines elektrischen Feldes, das senkrecht zur Bewegungsrichtung der erzeugten geladenen Teilchen verläuft.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld eine Kombination aus einem Quadrupolfeld und einem Dipolfeld ist.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung geladener Teilchen aus der Erzeugung von Ionen besteht.
16. Energiefiltereinrichtung zum Filtern geladener Teilchen, die einen unerwünschten Energiebereich aufweisen, wobei die Einrichtung aufweist:
einander gegenüberliegende Magnetpolstücke, die ein Magnetfeld erzeugen, das senkrecht zur Bewegungsrichtung der geladenen Teilchen verläuft; und
eine Quadrupolstruktur, die ein elektrisches Quadrupolfeld erzeugt.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrupolstruktur vier hyperbolische Oberflächen aufweist, und jede hyperbolische Oberfläche auf einer jeweiligen Spannung liegt.
18. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrupolstruktur vier Zylinderstrukturen aufweist, jede der Zylinderstrukturen eine Achse aufweist, die parallel zur Bewegungsrichtung der geladenen Teilchen verläuft, und jede Zylinderstruktur auf einer jeweiligen Spannung liegt.
19. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadrupolstruktur die Kombination aus einem elektrischen Quadrupolfeld und einem elektrischen Dipolfeld erzeugt.
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6717141B1 (en) * 2001-11-27 2004-04-06 Schlumberger Technologies, Inc. Reduction of aberrations produced by Wien filter in a scanning electron microscope and the like
JP4074185B2 (ja) * 2002-12-17 2008-04-09 日本電子株式会社 エネルギーフィルタ及び電子顕微鏡
JP2004327377A (ja) * 2003-04-28 2004-11-18 Jeol Ltd モノクロメータ
EP1517354B1 (de) * 2003-09-11 2008-05-21 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Zweistufiges System zur Reduktion der Energieverteilung eines Teilchenstrahls für ein Teilchenstrahlsystem
EP1521289B1 (de) * 2003-09-11 2008-06-25 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Einstufiges System zur Reduktion der Energieverteilung eines Teilchenstrahls für ein Teilchenstrahlsystem
EP1517353B1 (de) * 2003-09-11 2008-06-25 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH System zur Verschmälerung der Energieverteilung eines Teilchenstrahls für ein Teichenstrahlsystem
DE602004016131D1 (de) * 2004-06-21 2008-10-09 Integrated Circuit Testing Dispositif de correction d'aberration et methode de mise en oeuvre
JP2006040777A (ja) * 2004-07-29 2006-02-09 Jeol Ltd 電子顕微鏡
WO2006018840A2 (en) * 2004-08-16 2006-02-23 Ellumina Vision Ltd. Electron microscope array for inspection and lithography
JP5033314B2 (ja) * 2004-09-29 2012-09-26 株式会社日立ハイテクノロジーズ イオンビーム加工装置及び加工方法
JP5509239B2 (ja) * 2004-09-29 2014-06-04 株式会社日立ハイテクノロジーズ イオンビーム加工装置及び加工方法
US7259373B2 (en) * 2005-07-08 2007-08-21 Nexgensemi Holdings Corporation Apparatus and method for controlled particle beam manufacturing
WO2008140585A1 (en) 2006-11-22 2008-11-20 Nexgen Semi Holding, Inc. Apparatus and method for conformal mask manufacturing
EP1956630A1 (de) * 2007-02-06 2008-08-13 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Achromatischer Massenseparator
JP5077538B2 (ja) * 2007-07-30 2012-11-21 株式会社島津製作所 Ｔｆｔアレイ検査装置
US10991545B2 (en) 2008-06-30 2021-04-27 Nexgen Semi Holding, Inc. Method and device for spatial charged particle bunching
US10566169B1 (en) 2008-06-30 2020-02-18 Nexgen Semi Holding, Inc. Method and device for spatial charged particle bunching
EP2211366B1 (de) * 2009-01-23 2011-10-19 ICT, Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Gasfeldionensäule mit hoher Auflösung
US8053725B2 (en) * 2009-06-29 2011-11-08 Fei Company Beam quality in FIB systems
US9184024B2 (en) * 2010-02-05 2015-11-10 Hermes-Microvision, Inc. Selectable coulomb aperture in E-beam system
US8294093B1 (en) * 2011-04-15 2012-10-23 Fei Company Wide aperature wien ExB mass filter
US9053900B2 (en) * 2012-04-03 2015-06-09 Kla-Tencor Corporation Apparatus and methods for high-resolution electron beam imaging
US9443696B2 (en) * 2014-05-25 2016-09-13 Kla-Tencor Corporation Electron beam imaging with dual Wien-filter monochromator
WO2016182948A1 (en) 2015-05-08 2016-11-17 Kla-Tencor Corporation Method and system for aberration correction in electron beam system
WO2022091475A1 (ja) * 2020-10-28 2022-05-05 株式会社ニューフレアテクノロジー ウィーンフィルタ及びマルチ電子ビーム検査装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL7012388A (de) * 1970-08-21 1972-02-23
DE2753412C2 (de) * 1977-11-30 1983-06-23 Max Planck Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., 3400 Göttingen Rotationssymmetrischer Ionen-Elektronen-Konverter
JPS6062045A (ja) 1983-09-14 1985-04-10 Hitachi Ltd イオンマイクロビ−ム打込み装置
US4789787A (en) 1987-05-27 1988-12-06 Microbeam Inc. Wien filter design
DE3841715A1 (de) * 1988-12-10 1990-06-13 Zeiss Carl Fa Abbildender korrektor vom wien-typ fuer elektronenmikroskope
EP0470299B1 (de) * 1990-08-08 1996-06-26 Koninklijke Philips Electronics N.V. Energiefilter für Ladungsträgervorrichtung
EP0525927B1 (de) 1991-07-23 1995-09-27 Nissin Electric Company, Limited Ionenquelle mit Massentrennvorrichtung
CA2085729C (en) 1991-09-11 1998-09-29 Seiji Hiroki Quadrupole electrode and process for producing the same
DE69322890T2 (de) 1992-02-12 1999-07-29 Koninkl Philips Electronics Nv Verfahren zur Verringerung einer räumlichen energiedispersiven Streuung eines Elektronenstrahlenbündels und eine für den Einsatz eines solchen Verfahrens geeignete Elektronenstrahlvorrichtung
US5717204A (en) 1992-05-27 1998-02-10 Kla Instruments Corporation Inspecting optical masks with electron beam microscopy
US5825035A (en) 1993-03-10 1998-10-20 Hitachi, Ltd. Processing method and apparatus using focused ion beam generating means
US5838004A (en) 1995-10-03 1998-11-17 U.S. Philips Corporation Particle-optical apparatus comprising a fixed diaphragm for the monochromator filter
US6111253A (en) * 1997-09-01 2000-08-29 Jeol Ltd. Transmission electron microscope
US6191417B1 (en) * 1998-11-10 2001-02-20 University Of British Columbia Mass spectrometer including multiple mass analysis stages and method of operation, to give improved resolution

Also Published As

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US6410924B1 (en) 2002-06-25
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