[发明专利]聚焦粒子束系统和分析带电粒子束的能量的方法

说明书

本申请要求2012年10月25日提交的美国临时申请号61/718,684的优先权，该申请通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及带电粒子束装置并且更具体地涉及一种用于分析带电粒子束的减速场分析器。

背景技术

对于带电粒子束而言，如电子束系统和聚焦离子束（FIB）系统，束质量对成像性能而言非常重要。具体地，粒子动能的一致性是一项重要的质量。理想地，束中的所有粒子具有完全相同的动能。具有不同能量的粒子聚焦在不同的点上，由此在工件上放大束的光斑尺寸并降低分辨率。这被称为像差。为了评价束中的粒子能量的一致性，重要的是能够测量粒子动能在束中的分布。还会重要的是确定束中的粒子的绝对能量。通常通过减速场分析器（RFA）测量绝对能量和能量分布。

为了测量束能量和/或能量分布，RFA被临时地插入到聚焦柱下游的带电粒子束系统内。增量地增加减速场强度，并且测量每次增量地增加场强度后穿过该减速场的束电流。最终，增强后的减速场将足够强大来阻止该束中的所有粒子穿过该场。RFA通常包括滤光镜或栅极，向该滤光镜或栅极施加电压以产生减速场。使用RFA需要在聚焦柱后安装附加设备，这需要额外的费用。RFA需要附加真空电馈通器件和接线以连接该附加设备、高度稳压的外部电源以及某种类型的束检测器。将RFA投入运行需要大量时间。

因为在减速元件处的束能量非常低，所以束容易受到干扰，使得精确的束对准对减少测量误差而言很重要。RFA通常将束引导至法拉第杯内并且不具有成像能力，所以会难于检验该束与RFA准确地对准。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于带电粒子束系统的减速场分析器。

本发明使用带电粒子束系统的现有元件来提供减速场能量分析。光学柱的聚焦透镜用于提供整合到该柱的减速场分析器。在一些实施例中，柱的成像能力可以用于使束对准，以便用于分析。可以例如使用连接到法拉第杯上的电流计通过观察工件的影像的灰度级或者通过测量台电流来测量减速元件后的束电流。

为了可以更好地理解以下本发明的详细说明，上文已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点。下文将描述本发明的附加特征和优点。本领域技术人员应认识到所披露的概念和具体实施例可容易地用作改进或设计用于实施本发明相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应认识到这些同等构造不脱离如随附权利要求中所阐明的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更加彻底地理解本发明和本发明的优点，现在结合附图参考以下说明，其中：

图1示出了根据本发明实施例的带电粒子束系统的示意图；

图2A为一个流程图，示出了一种用于在进行减速场分析前使柱对准的方法的步骤。图2B示出了根据本发明的一个实施例使用减速场分析器的步骤；

图3示出了在体现本发明的减速场分析器内带电粒子束的模拟；

图4示出了由于施加在本发明的一个实施例的透镜上的不同电压值引起的透镜内从光学中心线放射状地向外至透镜元件的电势；

图5示出了针对一种透镜设计的束的中心（r = 0）处的电势与束半径处的电势之间的差值，作为束半径进入透镜内的半径的函数；

图6示出了针对具有半径在0 mm（金属板没有孔）和2 mm之间的透镜孔的按具体透镜的模型确定的电势阱的深度；以及

图7示出了灰度级（GL）VS减速电势的曲线图、以及该曲线图的导数。

具体实施方式

定义注释：当引用带电粒子束装置时，术语“前”和“后”与粒子行进的方向有关，所以如果元件B放置在元件A后，则粒子在穿过或另外地遇到B之前先穿过元件A。

本发明的一个实施例包括具有与其聚焦柱整合的减速场分析器（RFA）的聚焦离子束（FIB）系统100以及一种使用该聚焦离子束系统的方法。技术人员将认识到本发明可以概括其他聚焦离子束（FIB）系统、电子束系统（如电子显微镜）以及其他带电粒子束装置。参见图1，FIB系统100包括产生离子束114的离子源112，如液态金属离子源或等离子体离子源。FIB系统100包括可选的第一静电聚焦透镜115（被称为“透镜1”）和第二静电聚焦透镜116（被称为“透镜2”），该第一静电聚焦透镜包括上部透镜元件115A、中心透镜元件115B以及下部透镜元件115C，该第二静电聚焦透镜包括上部透镜元件116A、中心透镜元件116B以及下部透镜元件116C。