[发明专利]宽孔径维恩ExB质量过滤器

说明书

技术领域

本发明涉及带电粒子束系统，具体涉及用于离子束系统的质量过滤器。

背景技术

一些聚焦离子束（FIB）镜筒预期与发射多个离子种类的离子源一起使用。为了针对要在衬底上聚焦的波束选择这些离子种类中的仅一个种类，FIB镜筒将典型地包括质量过滤器。一种类型的质量过滤器“维恩（Wien）过滤器”使用交叉的电场和磁场（ExB）来离轴偏转不期望的离子种类，从而使其撞击质量分离孔径，并且该质量过滤器还被称作“ExB过滤器”。电场和磁场的相对强度被设置为使得所期望的离子种类将未偏转地经过质量过滤器，然后经过质量分离孔径，并将最终聚焦在衬底表面上。

离子在“物理孔径”（即，由电和磁极面包围的区域）内经过维恩过滤器。理想地，在由电和磁极围绕的整个过滤器容积中，磁场和电场将彼此垂直。由于电场和磁场向着极的边缘扭曲，并且这些场仅向着过滤器区的中心接近理想的垂直定向和正确的场强比B/E，因此“光学”孔径（即，其内可使用质量分离的孔径）通常比物理孔径小得多，但比质量过滤器内的波束直径大。将期望磁极和电极均远离波束轴向外延伸完全经过物理孔径，使得极末端远离过滤器区，从而使这些场在物理孔径内更均匀，由此扩大实际接受孔径。然而，这是不可能的，原因在于电和磁极将彼此物理干扰。

在源与衬底之间具有中间交叉（crossover）的聚焦离子束镜筒中，小的光学孔径可能是可接受的，这是由于该波束的直径相对小。许多聚焦离子束（FIB）镜筒包括一个或多个交叉，典型地处于FIB镜筒中的多个透镜之间。可以在镜筒中生成交叉，以允许在源与目标之间比在没有交叉的情况下在镜筒中可能可实现的更宽范围的放大。如果波束在经过质量过滤器之后聚焦至交叉，则可以存在多个交叉，所有均处于大致相同的平面中，其中每个交叉与波束中的不同荷质比相对应。例如，在硅金合金液态金属离子源（LMIS）中，将典型地存在针对硅和金的单电荷和双电荷单原子离子以及单电荷或多电荷硅和/或金多原子离子的交叉。

如果具有足够小的孔径开口（一般大于交叉的直径）的质量过滤器孔径置于这些交叉的平面中，则这些离子种类中的仅一个离子种类将经过孔径以便后续聚焦在目标上，而所有其他离子种类将撞击孔径板，由此被阻止传至FIB镜筒的下部中。具有交叉的优势在于：与没有交叉的情况相比，在质量过滤器中需要更小的分散以完全分离各个离子种类。质量过滤器孔径处的交叉用作质量过滤器以下的探针形成光学器件的虚拟源。然而，离子束中的不可避免的能量扩展度将导致交叉沿质量分散轴的模糊，从而潜在地造成目标处的聚焦波束的模糊。

交叉还具有以下劣势：1）随着粒子在交叉自身处更近地集合在一起，静电排斥增大；2）由于交叉，在整个镜筒中波束一般更小，从而增大空间电荷排斥；以及3）由于质量分离孔径板处的更高波束电流密度，对质量分离孔径的溅射损伤增大。由于空间电荷效应而引起的静电排斥放射状地扩展了波束（Loeffler效应）并增大了能量扩展度（Boersch效应），这两个效应均趋于降低工件表面处的波束电流密度。