用于带电粒子束系统中的高电流模式与低电流模式之间的快速切换的方法技术方案

公开一种用于在带电粒子系统中具有不同射束电流的操作模式之间进行快速切换的方法。许多FIB研磨应用要求感兴趣区域(RoI)中的研磨图案的准确定位。这可通过使用RoI附近的基准标记来实现，其中周期地偏转FIB，以便在FIB研磨期间对这些标记进行成像。然后能够测量和补偿射束相对于RoI的任何漂移，从而实现FIB研磨射束的更准确定位。往往有利的是使用较低电流FIB用于成像，因为这可实现标记的图像中的更高空间分辨率。为了更快的FIB研磨，期望更大的射束电流。因此，对于FIB研磨过程的优化，一种用于在高与低电流操作模式之间进行快速切换的方法是合乎需要的。

【技术实现步骤摘要】

一般来说，本专利技术涉及带电粒子束系统，具体来说，涉及具有不同射束电流的操作模式之间的快速切換。
技术介绍
在诸如电子显微镜或聚焦离子束(FIB)系统之类的带电粒子束系统中，镜筒通常用于将带电粒子束聚焦到待成像和/或处理的目标的表面。在FIB镜筒中，离子源(通常为液态金属离子源即LMIS)生成初始离子束，初始离子束则传递到“枪”中，枪通常将这些离子聚焦到进入镜筒主体的大致平行射束中。在镜筒中，这个射束可被消隐(即，接通和关断)、偏转(在目标表面上来往移动)并且聚焦到目标表面上。在一些情况下，离子束用于以可控模式从目标表面来研磨(溅散)材料-在这些应用中，研磨速率与射束电流大致成比例，因而较高射束电流一般是优选的，以便改进过程呑吐量。在其它情况下，离子束用于对目标进行成像，其中离子束的影响引起二次电子的发射，二次电子能够被检测并且用于形成图像-在这些应用中，图像分辨率大致由射束直径来确定。具有较低射束电流的射束通常能够聚焦到比具有较大电流的射束要小的直径，并且较低射束电流导致对目标的较小损坏。虽然理想射束会使所有离子均匀地分布在预期射束直径中，但是实际上，射束电流分布或多或少为钟形，并且自射束中心逐渐变细。如果聚焦离子束具有伸长的“尾部”，则可能降低图像对比度。一些应用要求成像和研磨。具体来说，当研磨模式需要相对于目标上预先存在的特征准确定位吋，需要首先以较低电流FIB来对目标进行成像，并且然后切換到较高电流(通常为较大直径)FIB以用于研磨。这种成像/研磨过程的ー个重要示例是制备诸如半导体器件和冷冻生物样本之类的各种类型的样本的“薄片”。在半导体器件故障分析的情况下，通常包含待分析的有缺陷器件的集成电路中的特定感兴趣区域(RoI)通过对两侧进行FIB研磨来显露，从而留下包含有缺陷器件的剰余材料的薄切片(薄片)_这些薄片足够薄以供其中原子分辨率大体上是可用的高电压透射电子显微镜(TEM)或者扫描透射电子显微镜(STEM)中使用。由于薄片仅为数十纳米厚，并且所观测的缺陷可能是纳米量级的，所以创建薄片的研磨极为准确。在制备薄片期间，需要在使用适合于快速研磨的大电流、大直径射束与使用用于细研磨或成像的较低电流、较小直径射束之间进行切換。这通常通过改变射束经过其中的限束小孔(BDA)来进行。BDA通常是金属条中的孔，从而仅允许经过孔的带电粒子来形成射束。在金属条中通常存在若干BDA或孔，并且切换小孔通常需要移动该金属条，使得不同直径的孔定位在射束的路径中。小孔条的机械移动通常准确到仅数微米，因此考虑需要在改变小孔之后重新对齐射束。改变小孔不仅需要重新对齐射束，而且还需要对透镜的调整。对于形成大电流、大直径射束和较低电流、较小直径射束的光学要求是不同的。图28示出射束2810在样本上作为射束收敛角2812的对数的函数的光点大小的对数的图表。收敛角是在形成射束的离子的目标处的角展度。射束路径中的小孔确定射束收敛角-较大的小孔接受来自较宽角的带电粒子。小孔的大小影响射束的若干性质。较大的小孔使进ー步离开光轴的带电粒子通过，由此增加射束中的球面像差(与收敛角的立方成比例)，并且如线条2802中所示，增加射束光点大小，即，样本处的射束直径。较大的小孔还增加色像差(与收敛角成比例)，如线条2804所示。 许多带电粒子系统通过形成源的缩小图像而在样本上形成光点，并且光点大小随减小的放大率(增大的缩小率)而减小，如线条2806所示。光学系统的放大率随增大的收敛角而减小。因此，増加收敛角影响像差和源縮小率，像差趋向于随增大的收敛而増加光点大小，并且源缩小率趋向于随增大的收敛角而减小光点大小。图28示出球面像差、色像差和源縮小率随收敛角变化而对光点大小的组合影响2808。在图28的图表的射束设定，在曲线2808的低点处的最小光点大小A在射束收敛角B处产生。图28示出，如果使用较大或较小的小孔，増加或减小收敛角，光点大小会増加，从而从曲线2808中的凹陷处移开。为了返回更理想的光点大小，FIB用户在改变小孔时会改变透镜电压，以便改变放大率并且使射束光点大小返回到修改曲线中的新低点。因此，在现有技术中，高电流模式与低电流模式之间的切换不仅要求限束小孔的切換，而且还要求重新对齐射束，并且改变许多透镜电压，以便単独优化这两种模式的每个的镜筒离子光学器件。然而，由于某些镜筒电压可能需要改变较大量(> 100V)，所以在镜筒预备起作用之前在模式之间进行改变时，例如在研磨与成像之间来回切换时，可能要求长的电源稳定时间。因此，希望降低研磨与成像模式之间的切換时间，以便改进薄片的制备中的吞吐量。
技术实现思路
本专利技术的ー个目的是提供带电粒子束系统中的较高电流模式与较低电流模式之间的更快速切換。 在一些实施例中，本专利技术通过在高电流与低电流模式之间的转变期间改变限束小孔时避免对透镜电压进行改变-这些改变充分大而要求相当长的稳定时间-来改进处理速度。在一些实施例中，本专利技术避免在改变限束小孔之后重新定位射束。例如，可从高电流聚焦离子束研磨模式和低电流聚焦离子束成像模式进行改变，而无需改变电源电压任ー个，并且无需改变默认射束位置。本专利技术在制备透射电子显微镜中用于查看的薄片时特别有用，因为薄片制备能够使用聚焦离子束的多个射束电流水平，并且因为希望降低制备各薄片所需的时间。以上较为广泛地概述了本专利技术的特征和技术优点，以便可以更好地理解下面对本专利技术的详细描述。下面将描述本专利技术的附加特征和优点。本领域的技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可易于用作修改或设计用于执行本专利技术相同目的的其它结构的基础。本领域的技术人员还应当知道，这类等效构造没有背离所附权利要求书所提出的本专利技术的精神和范围。附图说明为了更透彻地理解本专利技术及其优点，现在參照以下结合附图的描述，附图包括图1示出包括高速缓冲存储器和有缺陷单元的集成电路的示意图。图2示出来自图I的包括有缺陷单元的高速缓冲存储器的特写视图。图3A示出来自图2的高速缓冲存储器的有缺陷单元的特写视图。图3B示出图3A中的有缺陷单元的特写等距视图。图4示出在图3A和图3B的有缺陷单元处的FIB辅助沉积过程的等距示意图，如同现有技术中那样形成厚保护沉积。图5示出来自图4所示过程的厚沉积的顶部X射线示意图。图6示出在现有技术的图4中形成的厚沉积中形成两个基准标记的FIB研磨过程的等距不意图。图7示出在图3A的有缺陷单元处的FIB辅助沉积过程的等距示意图，如同本专利技术的一些实施例中那样形成薄保护沉积。图8示出在本专利技术的一个实施例的图7中形成的薄沉积中形成两个基准标记的FIB研磨过程的等距示意图。图9示出在本专利技术的一个实施例的图7中形成的薄沉积中的FIB研磨基准标记的FIB成像过程。图10示出FIB盒式研磨过程的开始。图11示出FIB盒式研磨过程的完成。图12示出FIB清洁过程。图13是能够实现本专利技术的一个实施例的成像和研磨过程的示范FIB镜筒的侧视截面图。图14是本专利技术的一个实施例的大体积研磨过程A和粗略成像过程B的离子轨迹的侧视图。图15是现有技术的大体积研磨过程A和精细成像过程D的离子轨迹的侧视图。图16是本专利技术的一个实施例的精细研磨过程D和精细成像过程E的离子轨迹的侧视图。图17是现有技术的精细研磨过程D和精细成像过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.25 US 61/446,8041.一种用于使用包括离子镜筒和多个限束小孔的聚焦离子束系统来研磨包含感兴趣区域附近的一个或多个基准标记的目标中的结构的方法，包括 选择第一限束小孔，以便产生具有第一电流的离子束； 配置离子镜筒中的电极电压以用于将具有所述第一电流的所述离子束聚焦到所述目标上； 将具有所述第一电流的所述离子束定向到所述目标上； 跨所述基准标记来扫描具有所述第一电流的所述离子束，以便确定所述基准标记相对于所述离子镜筒的轴的位置； 选择第二限束小孔，以便产生具有第二电流的离子束，所述第二电流大于所述第一电流； 将具有所述第二电流的所述离子束定向到所述目标上，而无需重新配置所述离子镜筒中的电极电压；以及 以预定图案偏转具有所述第二电流的所述离子束，以便在感兴趣区域处执行研磨过程，所述射束偏转考虑由具有所述第一电流的所述离子束所确定的基准标记相对于所述离子镜筒的轴的位置。2.如权利要求I所述的方法，还包括在以预定图案来偏转具有所述第二电流的所述离子束以在感兴趣区域处执行研磨过程之后，重新选择所述第一限束小孔以产生具有所述第一电流的所述离子束，以便对所述目标进行成像。3.如权利要求I所述的方法，还包括 选择第三限束小孔，以便产生具有小于所述第一射束电流的第三电流的离子束； 配置所述离子镜筒中的电极电压以用于将具有所述第三电流的所述离子束聚焦到所述目标上； 将具有所述第三电流的所述离子束定向到所述目标上； 跨所述基准标记扫描具有所述第三电流的所述离子束，以便确定所述基准标记相对于所述离子镜筒的轴的位置，具有所述第三电流的所述离子束的位置确定比具有所述第一电流的所述离子束的位置确定更为准确； 选择第四限束小孔，以便产生具有第四电流的离子束，所述第四电流大于所述第三电流但小于所述第一电流； 将具有所述第四电流的所述离子束定向到所述目标上，而无需重新配置所述离子镜筒中的电极电压；以及 以预定图案偏转具有所述第四电流的所述离子束，以便在感兴趣区域处执行精细研磨过程，所述射束偏转考虑由具有所述第三电流的所述离子束所确定的基准标记相对于所述离子镜筒的轴的位置。4.如权利要求3所述的方法，还包括在以预定图案来偏转具有所述第四电流的所述离子束以在感兴趣区域处执行所述精细研磨过程之后，重新选择所述第三限束小孔以产生具有所述第三电流的所述离子束，以便对所述目标进行成像。5.如权利要求I所述的方法，其中 选择第一限束小孔包括所述多个小孔的第一小孔到所述离子镜筒的轴上的机械运动；以及选择第二限束小孔包括所述多个小孔的第二小孔到所述离子镜筒的轴上的机械运动。6.如权利要求3所述的方法，其中 选择第一限束小孔包括所述多个小孔的第一小孔到所述离子镜筒的轴上的机械运动； 选择第二限束小孔包括所述多个小孔的第二小孔到所述离子镜筒的轴上的机械运动； 选择第三限束小孔包括所述多个小孔的第三小孔到所述离子镜筒的轴上的机械运动；以及 选择第四限束小孔包括所述多个小孔的第四小孔到所述离子镜筒的轴上的机械运动。7.如权利要求I所述的方法，还包括 将第一偏转器定位在所述多个限束小孔上面；以及 将第二偏转器定位在所述多个限束小孔下面。8.如权利要求7所述的方法，其中 选择第一限束小孔包括 激活所述第一偏转器，以便将所述离子束偏转到所述多个限束小孔的第一小孔；以及 激活所述第二偏转器，以便将所述离子束偏转到所述离子镜筒的轴上并且与其平行；以及 选择第二限束小孔包括 激活所述第一偏转器，以便将所述离子束偏转到所述多个限束小孔的第二小孔；以及 激活所述第二偏转器，以便将所述离子束偏转到所述离子镜筒的轴上并且与其平行。9.如权利要求3所述的方法，还包括 将第一偏转器定位在所述多个限束小孔上面；以及 将第二偏转器定位在所述多个限束小孔下面。10.如权利要求9所述的方法，其中 选择第一限束小孔包括 激活所述第一偏转器，以便将所述离子束偏转到所述多个限束小孔的第一小孔；以及 激活所述第二偏转器，以便将所述离子束偏转到所述离子镜筒的轴上并且与其平行； 选择第二限束小孔包括 激活所述第一偏转器，以便将所述离子束偏转到所述多个限束小孔的第二小孔；以及 激活所述第二偏转器，以便将所述离子束偏转到所述离子镜筒的轴上并且与其平行； 选择第三限束小孔包括 激活所述第一偏转器，以便将所述离子束偏转到所述多个限束小孔的第三小孔；以及 激活所述第二偏转器，以便将所述离子束偏转到所述离子镜筒的轴上并且与其平行；以及 选择第四限束小孔包括 激活所述第一偏转器，以便将所述离子束偏转到所述多个限束小孔的第四小孔；以及 激活所述第二偏转器，以便将所述离子束偏转到所述离子镜筒的轴上并且与其平行。11.如权利要求I所述的方法，还包括在所述研磨过程之后执行的离子束...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·米勒，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：