TW445522B - Dual ion/electron source device and its operation method - Google Patents

Description

經濟部中央搮準局只工消費合作社印製 五、發明説明（f ) 本發明是有關於製作積體電路時，運用到的離子植入 方面的製程，且特別是有關於一種用以檢測'修補與製造 積體電路的裝置與其操作方式。 一種稱爲”聚焦離子束”（Focused Ion Beara)的新科技， 目前已被廣泛地使用在積體電路的檢測與修補，以達到提 升良率，增加產能的效果。特別是在近幾年中，利用液態 金屬離子源（Liquid Metal-Ion Source)所產生聚焦離子 束，被應用在掃瞄式離子顯微鏡、高解析度的二次離子質 量分析儀，同時亦應用在半導體元件的製程上，例如選擇 區域上的分子束磊晶成長、選擇區域上的光束感應材料的 沈積或蝕刻 '微影罩幕的修正，以及穿透式電子顯微鏡樣 品的準備。 以聚焦離子束爲基礎的微雕刻（Microlithographic)與 微分析步驟常被用來檢查微結構，原則上利用與掃瞄式電 子顯微鏡相似的掃瞄式離子顯微鏡內的聚焦離子束即可進 行此種檢查。掃瞄式電子顯微鏡與掃瞄式電子顯微鏡不同 的地方在於，掃瞄式電子顯微鏡是利用聚焦電子束掃過樣 品表面以取得顯微影像，而掃瞄式離子顯微鏡則是以聚焦 離子束來進行。但是由於離子擁有強大的動量’所以聚焦 離子光束具有高度的破壞性，而且在進行掃瞄式離子顯微 鏡的觀察時，觀察的材料會不斷的從樣品的表面被濺射 (Sputtering)離開，使得某些結構的細節在進行有用的量 測前即遭到破壞。因此，最適當的方式是採用破壞性較低 的掃瞄式電子顯微鏡進行檢查’再以聚焦離子光束進行其 3 本纸0U度璁用中國β家穢率（CNS )Α4规格（210X297公釐） I!.---->丨裝------訂----->線 (請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) 445522 2 07 11wf, doc/00 5 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印策 五、發明说明（>) 他顯微方面的操作。 習知解決上述問題的方法是，建立一具有兩個獨立光學 系統，如第1圖所示。在第1圖中，光學系統1〇是用來產 生聚焦電子束’另一個光學系統12則是產生聚焦離子束， 兩個粒子束必須打在樣品14表面的同一個位置上，以使得 在聚焦電子束10’與聚焦離子束12’下觀察到樣品相同，並 以在聚焦電子束10’下取得的影像做爲操作聚焦離子束12, 的參考’而在光學系統12旁有偵測器16以收集訊號。 此具有雙重光學系統所需的成本幾乎爲單一光學系統 的兩倍；Μ且在使用上有技術上的缺失，第一個缺點是， 兩個光學系統由兩個不同的方向入射到樣品14的表面，爲 了要確保聚焦離子束12’與聚焦電子束1〇’可以照射在相同 的位子上，必須將樣品Η旋轉一個角度0 ;在旋轉時樣品 通常會不可避免的產生位移，而使得記錄產生誤差，進而 影響到聚焦離子束的操作9 但即使旋轉時產生誤差的問題可以被解決，利用聚焦® 子束取得釣影像仍與聚焦離子束取得的不同，因爲在系統 中只有單一的偵測器，樣品旋轉前與旋轉後相對於偵測器 的角度並不相同β這樣的問題會使得在定位聚焦離子束時 產生系統誤差，並影響到系統的精密度。 因此，發展一個具有聚焦離子束與聚焦電子束的單一'光 學系統是必須的，在美國專利案號4740698中提到一稹聚 焦離子與電子混合的系統，其中一種液態金屬源（LiQuld Metal Ion Source, UWIS)與一種分離的場發射電子源 4 本纸依尺H逋用中钃國家樑率（CMS Μ相210X297公羞） (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) •裝' -訂_ -m an 4d5 52 2 2071twf. doc/005 A7 B7 經濟部中央棣準局負工消費合作社印製 五、發明说明（今） (Field Emission Electron Source, FEES)被架設在一個 可以變換的零件上’藉以達切換電子與離子光束。這種單 一系統，兩獨立點源（Two-Tip)系統的設計缺點是’在兩獨 立點源間進行機械式的切換’會使光源有垂直與水平兩方 向的置換，這種置換會使得聚焦電子束與聚焦離子束的影 像產生相對的位移（Shi ft)，並增加聚焦離子束操作時的複 雜性。而且，以習知方式產生電子束所使用的電子源探針 一旦毀損便無法繼續使用’除非替換新的電子源探針。 因此，本發明的主要目的就是在，提供一種雙重離子/ 電子源的裝置，具有單一光學系統且具有單一點源’能夠 產生聚焦離子束與聚焦電子束（Ficused Ion/Electron Beam， FIEB)。 本發明的另一主要目的在，提供一種雙重離子/電子源 的裝置，其電子源的探針來自於液態金屬的凝固，因此即 使在使用中損毀，也可能重新修復繼續使用。 本發明的再另一主要目的在，提供一種雙重離子/電子 源的操作方法，可在同一點源上選擇發射離子束或是電子 束，在轉換過程中，只需要執行冷卻或融化的程序，並改 變電壓極性即可。 根據本發明的上述及其他目的，提出一種雙重離子/電 子源的裝置，至少包括萃取電極、金屬供應裝置、加熱電 流供應器，以及電壓供應系統。其中，金屬供應裝置更包 括一加熱器、金屬尖針與一金屬儲存槽，金屬儲存槽內具 有金屬元素或合金，在加熱的情況下爲液態金屬，放射出 5 本紙fife尺度埴用中两钃家雄率（CNS ) ( 210X297公釐） l·-------^—裝------訂-----^線 (请先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 445522 2 07 1twf. doc/005 A7 B7 經濟部中央揉準局員工消费合作社印裝 五、發明説明（// ) 離子束，而冷卻後會覆蓋在探針表面，可用以放射出電子 束；電壓供應系統則包括離子/電子束電壓供應器耦接至金 屬供應裝置，與一萃取電壓供應器藕接至萃取電極。 根據本發明的上述及其他目的，提出一種雙重離子/電 子源的操作方法，進行離子放射的模式時，以足夠的加熱 電流使金屬融化，並提供一與離子/電子束電壓極性相反的 負的萃取電壓，取得一穩定放射的離子束，以進行聚焦離 子束的操作；接著終止加熱電流，而維持萃取電壓使金屬 凝固，金屬在凝固前仍會繼續放射出離子，待凝固完成後， 對系統供應一正的萃取電壓，便可由金屬尖針放射出電子 束。其中係利用同一金屬放射電子束或離子束，電子與離 子射出方向相同，不會有習知位移的問題產生。 爲讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂， 下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如 下： 圖式之簡單說明： 第1圖繪示爲習知的一種具兩獨立光學系統的系統簡 示圖； 第2a圖繪示依照本發明一較佳實施例中，使用一種典 型的金屬供應裝置的簡示圖； 第2b圖繪示爲第2a圖中金屬供應裝置的局部放大 圖；以及 第3圖至第5圖繪示爲本發明一較佳實施例中’切換離 子源/電子源的裝置操作簡示_ β 6 本紙張又史適用中困國家揉率（CNS > Α4規格（210X297公釐） L---_----V-裝------訂-----)線 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) ΑΛ6δ^2 2〇71twf.doc/005 A7 B7 五、發明説明（Γ) 圖式標記說明： 10.12 光學系統 10, 聚焦電子束 12, 聚焦離子束 14 樣品 16 偵測器 Θ 樣品旋轉角度 Vb 離子/電子束電壓 Ve 萃取電壓 Ih 加熱電流 18 萃取電極 20 金屬供應裝置 21 金屬尖針 22 金屬儲存槽 23 加熱器 24 絕緣體支架 26 電壓供應系統 30 離子束 40 電子束 實施例 經濟部中央揉芈局貝工消费合作社印裝 請同時參照第2a圖與第2b圖，其繪示依照本發明一較 佳實施例中，使用一種典型的金屬供應裝置之裝置簡示 圖。第2b圖爲第2a圖的金屬供應裝置的放大圖。在第2a 圖與第2b圖中，在產生離子/電子束的裝置中，有一萃取 電極18與一金屬供應裝置20，其中金屬供應裝置20包括 尖銳的金屬尖針21、金屬儲存槽22、加熱器23與絕緣體 支架24,其中金屬尖針21表面覆蓋有一層做爲離子源的金 屬薄膜。金屬供應裝置20與電壓供應系統26相連接，電 壓供應系統更進一步包括一提供離子/電子束能量Vb的雙 極性高電壓供應器，與另一提供萃取電壓Ve的雙極性高電 壓供應器，另外離子源並與提供加熱電流Ih的加熱電流供 應器相連接。 接著，請參照第3圖，其繪示爲離子放射模式的裝置操 7 I---..---->丨裝------訂-----W線 (諳先閲積背面之注意事項再填寫本頁) 本纸法尺度逋用中國國家揉率（CNS ) A4规格（210X297公釐） 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印製 445522 2071twf.doc/005 八7 B7 __ 五、發明説明（“） 作簡示圖。首先，以足夠的加熱電流使金屬儲存槽中的金 屬融化，做爲一離子供應源，調整加熱電流Ih以及與離子 /電子束能量Vb相反的負萃取電壓Ve，以取得一穩定放射 的離子束30。 之後，請參照第4圖，要使金屬離子源能夠轉換成爲電 子放射的放射器，必須先有穩定的離子放射，然後將加熱 電流Ih關閉使金屬尖針21冷卻（Quench)，但仍維持萃取 電壓Ve。離子源金屬凝固前仍會繼續放射出離子，而凝固 後的金屬尖針21表面薄膜會變的尖銳。 接著，請參照第5圖，藉著供應一個正的萃取電壓Ve 在萃取電極20上，進行電子束40的放射，在電子放射的 模式中，電子流的發射特性以及穩定性，與金屬尖針21的 冷卻情況有關。 只要在金屬儲存槽22內做爲離子源的金屬未被用盡’ 上述的程序可一再的被重複，先產生聚焦離子束偵測所需 的離子束，再利用電子束進行聚焦電子束的觀察；假若以 聚焦電子束進行觀察中，放射電子的特性變差而無法利 用，可暫時將系統切換到離子放射模式中，使金屬尖針21 上的金屬薄膜再生，在切換回電子放射模式即可。 在本發明的較佳實施例中，用來做爲金屬供應裝置的金 屬可以是純金屬元素或是合金’並以新的技術製作探針做 爲場感應電子放射器’也就是在離子放射的過程中冷卻’ 以離子源金屬同時形成新型的電子放射器，其所產生的探 針具有低的表面功函數（Work Function)，以及高的表面反 8 本紙張尺度逋用中國«家鏢串·（ CNS ) A4规格（210 X 297公嫠） (請先聞讀背面之注f項再填寫本頁) -裝. 訂 線· 4 4 b a ^ 2 2071twf Jdoc/005 445522 A7 B7 五、發明说$ (7) 應性，i離子與電子入射在樣品的方向相同，無須在操作 中選轉‘品。 I . 因_，本發明的特徵是在同一系統中，利用同一點源選 擇發射_子束或電子束，簡化系統的設計，並降低裝置所 需的成$。 本4明的另一特徵是在選擇發射離子束或電子束時，在 轉換過_中只需要執行冷卻或融化的程；^，並改變電壓的 極性即4，操作簡單，降低了系統的複雜嘴。

I 本4明的在另一特徵是在放射電子束的電子源尖針是 來自於_態金屬的凝固，即使在使用中遭到破壞或損毀， 也可能利用融化、冷卻手續再生修復。 雖g本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以 * •限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 ' 範圍當被後附之申請專利範圍所界定者爲準。 [I.---->—裝------訂----->線 {請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消费合作社印裝 本纸張尺度適用中國國家橾率（CNS > A4*t格（2丨0><297公釐）

Claims (1)

1. H44552 2 2 07ltwf , doc/005 A8 B8 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 D8 六、申請專利範圍 1. 一種雙重離子/電子源的裝置’用以產生一離子束及 —電子束兩者之一，其中該離子束與該電子束之射出方向 相同，該裝置至少包括： 一金靥供應裝置，包括一加熱器、一金屬尖針與一金屬 儲存槽，用以產生該離子束與該電子束； 一萃取電極，用以萃取出該離子束與該電子束； 一電壓供應系統，包括一離子/電子束電壓供應器，藉 接至該金屬供應裝置，用以提供一穩定電壓以產生該離子 束及該電子束兩者之一，及一萃取電壓供應器’藕接至該 萃取電極，藉以提供該萃取電極於萃取出該離子束及該電 子束兩者之一時所需之一萃取電壓；以及 一加熱電流供應器，藕接至該金屬供應裝置之該加熱 器，提供一加熱電流，藉以使該金屬儲存槽中之一金屬融 化。 2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該金屬融化 後會於該金屬尖針表面形成一薄膜。 3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該金屬爲一 金屬元素。 4·如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該金屬爲 一合金。 5.如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該萃取電壓 供應器爲一雙極性之高電壓供應器。 6·如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該萃取電壓 供應器於提供一負萃取電壓時，取得一離子束。 --------裝------訂------〆 (请先面之注意事項再^^本頁) ( CNS ) A4i)U*· ( 210Χ2974Ϊ-4Ι ) ^ . doc/00 5 ^ . doc/00 5 娌濟部中失揉率局負工消费合作社印氧 六、申請專利範圍 7. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該萃取電壓 供應器於提供一正萃取電壓時，取得一電子束。 8. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該離子/電 子束電壓供應器爲一雙極性之高電壓供應器》 9. 一種雙重離子/電子源的裝置，用以產生一離子束及 一電子束兩者之一，其中該離子束與該電子束之射出方向 相同，該裝置至少包括： 一金屬儲存槽，內儲存有一金屬； 一金屬尖針，與該金屬儲存槽相接；； 一加熱器，耦接至該金屬儲存槽，加熱該金屬以產生該 離子束與該電子束； 一萃取電極，用以萃故出該離子束與該電子束； 一離子/電子束電壓供應器，藕接至該金屬供應裝置’ 用以提供一穩定電壓以產生該離子束及該電子束兩者之 "" , 一萃取電壓供應器，藕接至該萃取電極，藉以提供該萃 取電極於萃取出該離子束及該電子束兩者之一時所需之一 萃取電壓；以及 一加熱電流供應器，藕接至該金屬供應裝置之該加熱 器，提供一加熱電流，藉以使該金屬儲存槽中之該金屬融 化。 10. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該金屬融 化後會於該金屬尖針表面形成一薄膜。 11. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該金屬爲 本紙張尺度遑用t«B家樣準（CNS > Α4Λ#· U10X297公釐) (请先09¾面之注$項再填寫本頁) *·** ί 005 A8 Ββ C8 D8 六、申請專利範圍 一金屬元素。 12. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該金屬爲 一合金。 13. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該萃取電 壓供應器爲一雙極性之高電壓供應器。 14. 如申請專利範圍第13項所述之裝置，其中該萃取電 壓供應器於提供一負萃取電壓時，取得一離子束。 15. 如申請專利範圍第13項所述之裝置，其中該萃取電 壓供應器於提供一正萃取電壓時，取得一電子束。 16. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該離子/ 電子束電壓供應器爲一雙極性之高電壓供應器。 17 _—種雙重離子/電子源裝置的操作方法，包括下列步 驟：. 提供一金屬供應裝置，該金屬供應裝置包括一金屬尖 針、一加熱器與一金屬儲存槽，用ώ提供一電子束與一離 子束兩者之一； 提供一萃取電極； 提供一電壓供應系統，包括一離子/電子束電壓供應 器，藕接室該金屬供應裝置’用以提供一穩定電壓以產生 該離子束及該電子束兩者之一，及一萃取電壓供應器，藕 接至該萃取電極，藉以提供該萃取電極一萃取電壓，以取 出該離子束及該電子束兩者之一； 提供一加熱電流供應器’用以產生一加熱電流於該加 熱器上； 本紙張尺度逍用中國«家樣率（CNS > Α4Λ#· ί «0Χ297公釐） —4--------y裝— (請先19¾面之注意事項再填寫本頁) -訂 M濟部中央標準肩貝工消费合作社印*. 445 5 ϋ g 5 07ltwf. doc/0 05 B8 C8 D8

   六、申請專利範圍 利用該加熱電流融化該金屬儲存槽內的一金屬，並提 供一負的萃取電壓，以產生一穩定的離子束； 停止供應該加熱電流，而繼續維持該負的萃取電壓， 以冷卻該金屬，使該金屬凝固於該金屬尖針之表面，形成 一薄膜；以及 供應一正的萃取電壓，以產生一電子束。 18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該金屬爲 一低銘點之金屬元素。 19. 如申請專利範圍第17項所述法，其中該金屬爲 一低鎔點之合金。 嘴， 20. 如申請專利範圍第17項所述之其中該離子/ 電子束電壓供應器爲一雙極性之應 21, 如申請專利範圍第17項所零！中該萃取電 壓供應器爲一雙極性之高電壓供應 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 衣紙浪尺度適用中麟國家樣率< CNS > 格（210X297公釐）