[发明专利]与FIB和/或电子显微镜一起使用的双激光束系统

说明书

发明技术领域

本发明涉及一种激光加工工具的配置，其中，与带电粒子束仪器和/或电子显微镜一起使用分离开的激光加工光点。

发明背景

激光与电子显微镜和聚焦离子束（FIB）系统的一起使用在如集成电路、磁性录音头以及光刻掩模等微型器件的制造、修理和检查领域中提供了各种应用。这些应用还可以用于能源勘探、材料科学和生物学领域。电子显微镜（典型地扫描电子显微镜（SEM））在对目标物或工件造成最小破坏的情况下提供高分辨率成像，并且FIB用于改变工件以及用于形成影像。还可以使用其他类型的电子显微镜，如透射电子显微镜（TEM）和扫描透射电子显微镜（STEM）。

FIB和SEM/STEM/TEM一起使用可以提供使试样的内部成像的能力。FIB系统以一种与扫描电子显微镜类似的方式操作，不是一束电子，并且顾名思义，FIB系统使用可以在低束电流下操作用于成像或在高束电流下操作用于特定部位成像、沉积或铣削的精细微聚焦离子（通常为镓）束。FIB工具的一种常见的用途是对表面进行机械加工。理想的FIB机器可以能够用高束电流和加速势对样品向内机械加工进几十或几百微米。在低束电流和加速势下，其可以能够机械加工掉接近原子厚度的层，而不破坏纳米级或甚至以下的层。当与SEM/STEM/TEM一起用于高分辨率成像时，FIB的这种微米和纳米机械加工能力常常非常有效。在其他过程中，FIB可以用于切削掉不想要的电气连接，和/或沉积导电材料，以便在半导体中制作连接。FIB还用于无掩模注入。在这些FIB和/或SEM过程中，常常需要创造一种相对没有障碍的环境。不幸地，多种不同的过程（包括大块材料清除过程）将产生大量会潜在干扰SEM/STEM/TEM和FIB的碎片。

激光的使用近来已经被引入本领域以对工件进行快速加工。例如，2009年1月9日提交的Utlaut等人的美国专利公开号2011/0163068“多束系统（Multibeam System）”针对一种使用附加激光束用于快速加工的FIB系统。当与SEM/STEM/TEM和FIB系统一起使用时，激光烧蚀的过程会通过对材料进行照射将材料从表面上清除掉。非常快速的皮秒激光器执行无热烧蚀过程，而较缓慢的纳秒和连续波激光器（“CW激光”）提供热烧蚀过程。

通常，使用脉冲激光器执行激光烧蚀。与带电粒子束加工相比，激光烧蚀能够非常快速地清除掉相对大量的材料。然而，激光的波长比带电粒子束中的带电粒子的波长大得多。因为束可以聚焦成的尺寸部分受限于束波长，所以激光束的最小光点尺寸通常大于带电粒子束的最小光点尺寸。因此，虽然带电粒子束通常具有比激光束更精细的分辨率并且可以为极小的结构进行微机械加工，但束电流受到限制并且微机械加工操作会慢得不可接受。另一方面，激光微机械加工通常快得多，但分辨率固有地受到更长的束波长的限制。例如，在Straw等人的美国专利8,168,961“用于激光烧蚀微机械加工的带电粒子束掩模（Charged Particle Beam Masking for Laser Ablation Micromachining）”中描述了激光机械加工的其他用途，该专利被转让给与本发明的受让人并且通过引用结合于此。美国专利8,168,961通过其包含在此背景部分而不被承认是现有技术。

近来的进步允许激光器用于工件的仔细制备，从而使得其可以用于SEM/STEM/TEM和FIB系统。SEM/STEM/TEM和FIB工具需要制备好的带有薄热影响区（“HAZ”）区域的样品，并且系统会在大样品内瞄准一个极其精确的位置，如亚微米级缺陷。通常不知道如何使用激光技术来切削大块样品而同时能够生产出适用于SEM/STEM/TEM和FIB加工的薄HAZ和/或微米级端点确定。