專利名稱：具有多個(gè)可選擇粒子發(fā)射器的帶電粒子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及聚焦帶電粒子束系統(tǒng)并且具體地涉及用于生成聚焦帶電粒子束的帶電粒子源。
背景技術(shù)：
在包括電子顯微鏡和聚焦離子束系統(tǒng)的帶電粒子系統(tǒng)中，典型地使用鏡筒將帶電粒子束聚焦到要使用該波束進(jìn)行成像和(可選地)處理的目標(biāo)的表面上。在這些鏡筒中，帶電粒子源生成初始的電子或離子束，然后將初始的電子或離子束傳遞到帶電粒子“槍”中， 該帶電粒子“槍”典型地將帶電粒子聚焦成大致平行的波束，該大致平行的波束進(jìn)入鏡筒的主體，在該主體處可以消隱(blank)(即開啟和關(guān)閉)該波束、使該波束偏轉(zhuǎn)(在目標(biāo)表面上來(lái)回移動(dòng))并將該波束聚焦到目標(biāo)表面上。帶電粒子所源自的源內(nèi)的部件被稱作“發(fā)射器”， 典型地包括非常尖的金屬點(diǎn)。一般地，在現(xiàn)有技術(shù)中，帶電源包括單個(gè)帶電粒子發(fā)射器(諸如，針對(duì)電子的冷場(chǎng)發(fā)射器或肖特基發(fā)射器、或者針對(duì)離子(通常帶正電)的氣態(tài)場(chǎng)離子化或液態(tài)金屬離子源。在液態(tài)金屬離子源(LMIS)的情況下，該金屬點(diǎn)是液體，但是在其他源類型中，該金屬是固體，通常稱為“尖端”。碳納米管也可以用作電子發(fā)射器。然而在所有情況下，這些發(fā)射器由受諸如以下的各種因素限制的有限壽命表征尖端的離子轟擊腐蝕或者表面污染，從而使該尖端隨時(shí)間變得更鈍直到發(fā)射在可接受的提取電壓下不再可持續(xù)為止。對(duì)于帶電粒子鏡筒的優(yōu)化操作，有必要使該源與鏡筒的對(duì)稱(或光)軸精確對(duì)準(zhǔn)， 典型地達(dá)到在5至20 μπι內(nèi)。因此，帶電粒子源一般由多軸運(yùn)動(dòng)組件支撐，從而在系統(tǒng)操作期間允許源運(yùn)動(dòng)。觀察到由鏡筒在目標(biāo)上形成的圖像，然后移動(dòng)該源，直到針對(duì)所需的特定應(yīng)用，圖像具有充足的對(duì)比度和分辨率為止。在一些情況下，除了成像以外，帶電粒子束可以用于處理該目標(biāo)，諸如電子束誘導(dǎo)蝕刻(ΕΒΙΕ)、電子束誘導(dǎo)沉積(EBID)、離子銑削、離子束誘導(dǎo)蝕刻(ΙΒΙΕ)、離子束誘導(dǎo)沉積(IBID)、次級(jí)離子質(zhì)譜(SIMS)等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是將聚焦帶電粒子系統(tǒng)內(nèi)的多發(fā)射器帶電粒子源配置為能夠操作于多個(gè)發(fā)射模式。一些發(fā)射模式實(shí)現(xiàn)了比先前通過(guò)順序地使用相繼使用的多個(gè)單個(gè)發(fā)射器而可達(dá)到的壽命長(zhǎng)得多的源壽命?？傮w源壽命則是個(gè)體發(fā)射器壽命之和。其他發(fā)射模式使用所述多個(gè)發(fā)射器來(lái)實(shí)現(xiàn)用于對(duì)目標(biāo)進(jìn)行快速處理的高波束電流。以上相當(dāng)寬泛地概括了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以便可以更好地理解本發(fā)明的以下詳細(xì)描述。在下文中將描述本發(fā)明的附加特征和優(yōu)勢(shì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到， 所公開的概念和具體實(shí)施例可以容易地用作用于修改或設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的相同目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這種等效的構(gòu)造并不脫離所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的精神和范圍。


為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在參照結(jié)合附圖而進(jìn)行的以下描述，在附圖中
圖1示出了具有多個(gè)帶電粒子發(fā)射器和發(fā)射器控制電路的帶電粒子源的示意圖。圖2是能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的多發(fā)射器帶電粒子源的示例性帶電粒子鏡筒的橫截面?zhèn)纫晥D。圖3是橫切圖2的鏡筒的、圖1的源中的軸上發(fā)射器的帶電粒子軌跡的側(cè)視圖。圖4是橫切圖2的鏡筒的、圖1的源中的離軸發(fā)射器的帶電粒子軌跡的側(cè)視圖。圖5 (A) - (D)是在背側(cè)尋址的情況下包括6個(gè)冷場(chǎng)發(fā)射器的本發(fā)明第一實(shí)施例的各個(gè)視圖。圖6 (A)- (D)是在背側(cè)尋址的情況下包括12個(gè)冷場(chǎng)發(fā)射器的本發(fā)明第二實(shí)施例的各個(gè)視圖。圖7 (A) - (D)是在正側(cè)尋址的情況下包括6個(gè)冷場(chǎng)發(fā)射器的本發(fā)明第三實(shí)施例的各個(gè)視圖。圖8 (A)- (D)是在正側(cè)尋址的情況下包括12個(gè)冷場(chǎng)發(fā)射器的本發(fā)明第四實(shí)施例的各個(gè)視圖。圖9 (A)- (D)是在正側(cè)尋址和側(cè)向氣體饋送口的情況下包括12個(gè)氣態(tài)場(chǎng)離子化離子發(fā)射器的本發(fā)明第五實(shí)施例的各個(gè)視圖。圖10 (A) - (D)是在正側(cè)尋址和軸向氣體饋送口的情況下包括12個(gè)氣態(tài)場(chǎng)離子化離子發(fā)射器的本發(fā)明第六實(shí)施例的各個(gè)視圖。圖11是在正側(cè)尋址和軸向液態(tài)金屬饋送口的情況下包括多個(gè)液態(tài)金屬離子源的本發(fā)明第七實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。圖12是在背側(cè)尋址的情況下本發(fā)明的帶電粒子源的控制電路的簡(jiǎn)化電氣示意圖。圖13是在正側(cè)尋址的情況下本發(fā)明的帶電粒子源的控制電路的簡(jiǎn)化電氣示意圖。圖14A是從圖1的發(fā)射器陣列內(nèi)的單個(gè)帶電粒子發(fā)射器發(fā)射的帶電粒子的側(cè)示意圖。圖14B是圖14A中的帶電粒子源的特寫示意圖。圖15A是從圖1的發(fā)射器陣列內(nèi)的多個(gè)帶電粒子發(fā)射器發(fā)射的帶電粒子的側(cè)示意圖。圖15B是圖15A中的帶電粒子源的特寫示意圖。圖16是可適用于本發(fā)明的多發(fā)射器源的對(duì)準(zhǔn)過(guò)程的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明適用于采用聚焦帶電粒子(電子或離子)束對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像和(可選地)處理的帶電粒子系統(tǒng)。典型地，這些系統(tǒng)采用帶電粒子源來(lái)形成初始波束，然后通過(guò)鏡筒內(nèi)的靜電和(可選地)磁元件(諸如透鏡、消隱器和偏轉(zhuǎn)器)來(lái)對(duì)該初始波束進(jìn)行加速、聚焦、消隱和偏轉(zhuǎn)。該源的合適操作對(duì)于帶電粒子系統(tǒng)的可接受運(yùn)行來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵的。典型地，源操作可以由以下參數(shù)(等等)來(lái)表征
1)總發(fā)射電流
2)發(fā)射模式，即粒子如何從該源出現(xiàn)？
3)發(fā)射能量分布
4)虛擬源大小，即發(fā)射面積顯現(xiàn)為多大？
5)源壽命，即在退化之前其發(fā)射多少小時(shí)？
與現(xiàn)有技術(shù)的單發(fā)射器源可能的情況相比，本發(fā)明的帶電粒子源的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了對(duì)上述參數(shù)中的若干參數(shù)的更大控制。實(shí)施例可以使用任何類型的發(fā)射器，諸如冷場(chǎng)發(fā)射器 (CFE)，包括Spindt尖端發(fā)射器，碳納米管發(fā)射器，肖特基源，氣態(tài)場(chǎng)離子化源(GFIS)和液態(tài)金屬離子源(LMIS)。本發(fā)明的實(shí)施例可以操作于若干模式。在高亮度操作模式中，從多個(gè)發(fā)射器當(dāng)中激活的單個(gè)發(fā)射器中生成帶電粒子束——該模式由高亮度和中等發(fā)射電流表征，其中非常小的虛擬源大小使得能夠在目標(biāo)表面上形成小的聚焦斑點(diǎn)。在高角強(qiáng)度(high angular intensity)操作模式中，同時(shí)激活所述多個(gè)發(fā)射器當(dāng)中的多個(gè)發(fā)射器以產(chǎn)生更高的總波束電流(因此產(chǎn)生更高角強(qiáng)度)，但是以更大的虛擬源大小和更低的亮度為代價(jià)——該模式使得能夠在目標(biāo)表面上形成高電流更大斑點(diǎn)。本發(fā)明的多個(gè)可獨(dú)立尋址發(fā)射器源由用于在陣列的背側(cè)或正側(cè)尋址個(gè)體發(fā)射器的備選裝置表征。所謂可獨(dú)立尋址是指可以獨(dú)立地使發(fā)射器發(fā)射或不發(fā)射帶電粒子。盡管實(shí)施例將每個(gè)發(fā)射器示為可獨(dú)立尋址，但是在一些實(shí)施例中，發(fā)射器組可以是可尋址的。例如。中心發(fā)射器可以是可獨(dú)立尋址的，而離軸發(fā)射器環(huán)是作為獨(dú)立于中心發(fā)射器的組而可尋址的，盡管該環(huán)中不是每個(gè)發(fā)射器都可以是可分離尋址的。描述了本發(fā)明的七個(gè)示例性實(shí)施例，包括針對(duì)電子的冷場(chǎng)發(fā)射器以及針對(duì)離子的氣態(tài)場(chǎng)離子化(GFI)源和液態(tài)金屬離子(LMI)源兩者。在同時(shí)激活多個(gè)發(fā)射器的操作模式中，與現(xiàn)有技術(shù)中相比，更大的總發(fā)射電流是可能的。一次一個(gè)地順序使用多個(gè)發(fā)射器實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)有技術(shù)相比在源壽命上的實(shí)質(zhì)增加。 其他參數(shù)中的若干參數(shù)將與現(xiàn)有技術(shù)相同，諸如發(fā)射模式(尖端幾何形狀的函數(shù))、發(fā)射能量分布(多個(gè)尖端和發(fā)射電流相關(guān)因素的函數(shù))和源大小(在單發(fā)射器操作的情況下)。在若干優(yōu)選實(shí)施例中，源內(nèi)的多個(gè)發(fā)射器處于鏡筒軸的足夠小的半徑內(nèi)以使得所有發(fā)射器可以被認(rèn)為是對(duì)準(zhǔn)的并且可以使用小的對(duì)準(zhǔn)偏轉(zhuǎn)。針對(duì)兩個(gè)不同發(fā)射器尋址方案 (背側(cè)和正側(cè))提出了代表性電氣控制電路以及對(duì)操作于不同發(fā)射模式(單發(fā)射器和多發(fā)射器)的本發(fā)明的角強(qiáng)度和亮度的分析。最后，針對(duì)源內(nèi)的所有發(fā)射器描述了對(duì)準(zhǔn)規(guī)程，從而針對(duì)軸上尖端和離軸尖端兩者實(shí)現(xiàn)所有操作模式中的優(yōu)化性能。以下章節(jié)首先描述了與總體源大小和發(fā)射器在源內(nèi)的示例性緊湊分布相關(guān)的多發(fā)射器源概念。接著，描述了能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的源的鏡筒以及用于示意與在目標(biāo)上形成聚焦斑點(diǎn)的主透鏡的機(jī)械和靜電波束對(duì)準(zhǔn)的代表性軸上和離軸軌跡。接著，描述了本發(fā)明的七個(gè)實(shí)施例，包括電子源和離子源兩者并且示意了用于對(duì)源內(nèi)的個(gè)體發(fā)射器進(jìn)行獨(dú)立尋址的兩種方法。提出了源的簡(jiǎn)化電氣控制電路，論證了用于激活單個(gè)發(fā)射器和多個(gè)發(fā)射器兩者的方法。討論了各個(gè)操作模式中的源角強(qiáng)度和亮度的原點(diǎn)(origin)，示意了高亮度操作和高角強(qiáng)度操作兩者。最后，提出了用于中心(軸上)發(fā)射器和多個(gè)離軸發(fā)射器兩者的對(duì)準(zhǔn)規(guī)程。具有多個(gè)可獨(dú)立尋址帶電粒子發(fā)射器的帶電粒子源
圖1示出了具有多個(gè)帶電粒子發(fā)射器101-112和發(fā)射器控制電路140的帶電粒子源 100的示意圖。第一發(fā)射器101位于發(fā)射器陣列的中心處。圍繞發(fā)射器101的是5個(gè)發(fā)射器102-106的第一環(huán)。6個(gè)發(fā)射器107-112的第二環(huán)圍繞第一發(fā)射器環(huán)。因此，總共12個(gè)發(fā)射器101-112位于以發(fā)射器101為中心的半徑136的圓134內(nèi)?？刂凭€路121-132每一個(gè)連接至相應(yīng)的發(fā)射器101-112，例如控制線路121確定發(fā)射器101是否活動(dòng)(即，發(fā)射帶電粒子)等等。進(jìn)而通過(guò)與帶電粒子系統(tǒng)控制器(未示出)相連接的控制線纜142來(lái)控制發(fā)射器控制電路140。以下在第一至第七實(shí)施例(圖5-11)的描述中提供了發(fā)射器101-112的架構(gòu)的細(xì)節(jié)。以下在圖12-13中提供了各個(gè)實(shí)施例的控制電路的細(xì)節(jié)。對(duì)帶電粒子鏡筒(諸如掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、掃描透射電子顯微鏡(STEM)、聚焦離子束(FIB)鏡筒等)中的任何帶電粒子源的合適操作的考慮是 帶電粒子源與鏡筒的光軸的對(duì)準(zhǔn)。典型地，傳統(tǒng)(即，單發(fā)射器)帶電粒子源的發(fā)射器在至多 5至20 μ m內(nèi)與鏡筒軸機(jī)械對(duì)準(zhǔn)?？梢匀萑痰拇_切未對(duì)準(zhǔn)量由鏡筒設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)和操作模式 (具體地為源至目標(biāo)的縮小)確定。過(guò)度未對(duì)準(zhǔn)將誘導(dǎo)離軸幾何像差和色差，這將對(duì)目標(biāo)處可得到的波束斑點(diǎn)大小、形狀和電流密度造成有害影響。因此，帶電粒子源一般安裝在機(jī)械運(yùn)動(dòng)組件中，從而使得該源能夠在帶電粒子系統(tǒng)的操作期間與鏡筒軸物理對(duì)準(zhǔn)。一種頻繁采用以輔助該實(shí)時(shí)對(duì)準(zhǔn)過(guò)程的規(guī)程是使包含帶電粒子源的槍中的透鏡中的電壓或電流“搖擺”。該搖擺造成透鏡強(qiáng)度的非常低頻率(典型地為0.1-0. 3 Hz)的小變化，這導(dǎo)致在帶電粒子源與槍中的透鏡的軸未對(duì)準(zhǔn)的情況下目標(biāo)的圖像的振蕩運(yùn)動(dòng)。然后，使用X-Y運(yùn)動(dòng)(以及在一些情況下，Z和傾斜運(yùn)動(dòng)，其中Z是鏡筒軸)，移動(dòng)該源以減小或(優(yōu)選地)消除該圖像 “搖擺”，從而指示該源已與鏡筒機(jī)械對(duì)準(zhǔn)。在該源中包含發(fā)射器陣列的帶電粒子源對(duì)該對(duì)準(zhǔn)規(guī)程提出了難題，這是由于一次僅可以在鏡筒的軸上物理定位這些發(fā)射器中的一個(gè)發(fā)射器。以下將更詳細(xì)描述的圖16概括了可適用于本發(fā)明的多發(fā)射器源的對(duì)準(zhǔn)過(guò)程。還可以使用其他對(duì)準(zhǔn)過(guò)程。圖16的過(guò)程首先使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的波束“搖擺”過(guò)程將中心發(fā)射器與鏡筒軸機(jī)械對(duì)準(zhǔn)。中心發(fā)射器被認(rèn)為由于缺少圖像搖擺而與軸對(duì)準(zhǔn)。在完成該操作之后，進(jìn)而激活其他(離軸) 發(fā)射器中的每一個(gè)，并確定為了消除圖像搖擺而需要的對(duì)準(zhǔn)偏轉(zhuǎn)器(其可以是用于對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像的波束偏轉(zhuǎn)器)的所需X-Y設(shè)置。注意，在所描述的實(shí)施例中1)中心發(fā)射器可以與鏡筒機(jī)械對(duì)準(zhǔn)(使其處于軸上);2)所有離軸發(fā)射器電氣對(duì)準(zhǔn)；以及3)每個(gè)離軸發(fā)射器具有分離且唯一的X-Y對(duì)準(zhǔn)偏轉(zhuǎn)，這是由于每個(gè)發(fā)射器具有與鏡筒軸的不同機(jī)械偏移。帶電粒子鏡筒的實(shí)施例
圖2是能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的帶電粒子源202的示例性帶電粒子鏡筒200的橫截面?zhèn)纫晥D。在源202與提取電極204之間施加“提取”電壓。如果源202發(fā)射電子，則該偏置電壓可以典型地為+3000至+5000V。如果源202發(fā)射正離子，則該偏置電壓可以典型地為-7000 至-15000V。在所有情況下，源202中的發(fā)射器典型地包括非常尖的結(jié)構(gòu)諸如針狀體或錐體(共同稱為“尖端”)，其趨于將發(fā)射器202與提取器204之間的幾乎所有電壓降集中于發(fā)射器尖端附近(幾十μπι)。帶電粒子的初始發(fā)射一般到具有大約30°半角(g卩，立體角為 π (π 30° /180° )2 0.86立體弧度)的錐體中。帶電粒子“槍”包括源202、提取器204、槍聚集電極206和槍出口電極208。在槍中也示出了限束孔徑(BDAM10，安裝在槍出口電極 208內(nèi)。對(duì)槍聚焦電極206施加聚焦電壓，并且對(duì)槍出口電極208偏置至地電勢(shì)(OV)—— 因此在該示例中，由于目標(biāo)也被偏置至地電勢(shì)，因此離開該槍的帶電粒子已經(jīng)處于其最終波束能量。提取器204、聚焦電極206和出口電極208上的不同電壓在鏡筒軸上和附近誘導(dǎo)槍內(nèi)的電場(chǎng)——這些電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)并聚焦帶電粒子，如圖3和4的軌跡圖所示。在一些情況下，存在最小聚焦效應(yīng)，尤其對(duì)于以下情況在目標(biāo)處期望更小波束，因此需要更高的源縮小。在其他情況下，槍將形成大體平行的波束，該大體平行的波束然后通過(guò)主透鏡以較低的縮小被聚焦到目標(biāo)上，從而產(chǎn)生具有更高電流的更大波束。處于槍之下的是波束消隱器，包括電極212和214。當(dāng)波束開啟時(shí)，電極212和214兩者典型地處于0V，因此波束230未偏轉(zhuǎn)地經(jīng)過(guò)消隱器和BBA 216。為了關(guān)閉波束，對(duì)電極212施加正電壓并對(duì)電極214施加負(fù)電壓，從而使波束230離軸偏轉(zhuǎn)以碰撞BBA 216。典型的消隱電壓可以為5至10 V。處于BBA 216之下的是上偏轉(zhuǎn)器218和下偏轉(zhuǎn)器220。典型地，這兩個(gè)偏轉(zhuǎn)器均為四極或八極(靜電的和/或磁的)。在所有情況下，偏轉(zhuǎn)需要偶極場(chǎng)——諸如八極之類的較高階電極配置用于通過(guò)產(chǎn)生更均勻的場(chǎng)來(lái)減小偏轉(zhuǎn)像差，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。偏轉(zhuǎn)器218和220包括“雙偏轉(zhuǎn)器”，其可以控制進(jìn)入主透鏡的波束位置和斜度，如圖3和4所示。電極222、2M和2 包括主透鏡，該主透鏡將波束230聚焦到目標(biāo)228的表面上的位置232處。在這里所示的示例中，電極222和2 上的電壓相同，處于相對(duì)于地的0 V。為了聚焦，電極2 上的電壓則將不同于0 V以便在電極222、2M和2 之間生成必要的聚焦電場(chǎng)。在來(lái)自源202的電子發(fā)射的情況下，如果電極2M上的電壓< 0 V，則主透鏡是“減速透鏡”；如果電極2 上的電壓> 0 V，則主透鏡是“加速透鏡”。對(duì)于來(lái)自源202的正離子發(fā)射的情況，將反轉(zhuǎn)這些電壓。這兩種類型的主透鏡配置都適于與本發(fā)明的多發(fā)射器源 202 一起使用。軸上和離軸帶電粒子發(fā)射器的示例性軌跡
圖3是橫切圖2的鏡筒200的軸上發(fā)射器(諸如圖1的源100中的發(fā)射器101)的帶電粒子軌跡的側(cè)視圖300。鏡筒200具有光軸312、限束孔徑(BDAM10和消隱孔徑(BBAM16。 包括圖2中的電極204、206和208的槍透鏡由會(huì)聚透鏡304示意性地表示。類似地，包括圖2中的電極222、2M和226的主透鏡由會(huì)聚透鏡306示意。在該示例中，發(fā)射器302處于軸上(與圖1中的發(fā)射器101相對(duì)應(yīng))，并且發(fā)射器302已與鏡筒200機(jī)械對(duì)準(zhǔn)(參見圖16 中的對(duì)準(zhǔn)規(guī)程)。因此，波束314也處于軸上并且不需要上偏轉(zhuǎn)器218或下偏轉(zhuǎn)器220上的任何對(duì)準(zhǔn)電壓以將軸上和與軸平行的波束314瞄準(zhǔn)到主透鏡306中。通過(guò)主透鏡306將波束314聚焦到目標(biāo)308的表面上的軸上位置310處。鏡筒對(duì)準(zhǔn)的目標(biāo)是確保在軸312上以及還有與軸312平行傳播的波束314都進(jìn)入主透鏡306，如這里所示——包括波束314的各個(gè)軌跡由射線跟蹤程序SIMION 7. 0生成，并且與圖2所示的鏡筒設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)。圖4是橫切與圖3中相同的鏡筒的離軸發(fā)射器402(例如，圖1的源100中的發(fā)射器102-112中的任一個(gè))的帶電粒子軌跡的側(cè)視圖400。圖3和圖4之間的兩個(gè)關(guān)鍵區(qū)別在于1)發(fā)射器402是離軸的；以及2)現(xiàn)在激活上偏轉(zhuǎn)器218和下偏轉(zhuǎn)器220以生成偶極偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，其中對(duì)波束414的合成力向量分別如箭頭416和418所示。離軸的發(fā)射器402的效果可以見于圖4左側(cè)的槍內(nèi)——波束414初始朝向軸312向下偏轉(zhuǎn)、從軸312之下的槍出現(xiàn)并呈向下角度，如圖所示。假定已經(jīng)執(zhí)行圖16中的對(duì)準(zhǔn)規(guī)程，從而在上偏轉(zhuǎn)器218和下偏轉(zhuǎn)器220上生成所需的X-Y對(duì)準(zhǔn)偏轉(zhuǎn)電壓。由偏轉(zhuǎn)器218和220內(nèi)的偶極場(chǎng)誘導(dǎo)的波束偏轉(zhuǎn)的組合結(jié)果是將軸312上和與軸312平行的波束414都瞄準(zhǔn)到主透鏡306中。由此，將波束聚焦到目標(biāo)308上的軸上位置410處(S卩，位置410與圖3中的位置310等效)。第一實(shí)施例——在背側(cè)尋址的情況下具有6個(gè)冷場(chǎng)發(fā)射器的陣列的電子源
圖5 (A) - (D)是在背側(cè)尋址的情況下包括6個(gè)冷場(chǎng)發(fā)射器的本發(fā)明第一實(shí)施例的各個(gè)視圖?！氨硞?cè)尋址”是指用于對(duì)每個(gè)發(fā)射器501-506施加提取電壓(參見以上圖1的討論) 的方法——在該尋址方法中，所有發(fā)射器501-506共享公共提取電極508，但每個(gè)發(fā)射器尖端分別具有唯一的背側(cè)電連接521-526。視圖(A)示出了電子源的俯視圖(即，從鏡筒看向該源中的視圖——將從該圖的平面向外發(fā)射電子)500，其中發(fā)射器501處于中心，被5個(gè)離軸發(fā)射器502-506圍繞。視圖(B)是“X射線”俯視圖520，從與視圖(A)中相同的方向穿過(guò)源的所有層看去?，F(xiàn)在可以看到6個(gè)背側(cè)尋址連接521-526。視圖(C)540和(D)560分別表示如視圖(B)所示的橫截面A-A和B-B?？梢栽谝r底546上制造該源，該襯底546可以是涂覆有絕緣層(諸如二氧化硅)的半導(dǎo)體晶片或絕緣材料(諸如陶瓷)。在橫截面?zhèn)纫晥DA-A中可以看到中心發(fā)射器501和離軸發(fā)射器504。典型地，所有 6個(gè)發(fā)射器501-506由鉬或鎢制造，并可以支撐在大致圓柱形的柱542上，該柱542典型地可以是鎳。如視圖(C)和(D)所示的，通過(guò)背側(cè)連接521-5 對(duì)每個(gè)發(fā)射器501-506施加電壓。絕緣層544支撐正側(cè)柵層508，該正側(cè)柵層508是導(dǎo)電的且在如視圖(A)所見的源正面上連續(xù)。對(duì)于其中僅激活一些發(fā)射器(導(dǎo)致相鄰背側(cè)連接(諸如視圖(C)中的521和524)之間的電壓差)的情況，該絕緣層544也用于將背側(cè)連接521-526中的每一個(gè)彼此電氣隔離。 以下將在圖12中討論本發(fā)明第一實(shí)施例的操作。第二實(shí)施例——在背側(cè)尋址的情況下具有12個(gè)冷場(chǎng)發(fā)射器的陣列的電子源
圖6 (A)- (D)是在背側(cè)尋址的情況下包括12個(gè)冷場(chǎng)發(fā)射器的本發(fā)明第二實(shí)施例的各個(gè)視圖?！氨硞?cè)尋址”是指用于對(duì)每個(gè)發(fā)射器601-612施加提取電壓(參見以上圖1的討論) 的方法——在該尋址方法中，所有發(fā)射器601-612共享公共提取電極614，但每個(gè)發(fā)射器尖端分別具有唯一的背側(cè)電連接621-632。視圖(A)示出了電子源的俯視圖(即，從鏡筒看向該源中的視圖——將從該圖的平面向外發(fā)射電子)600，其中發(fā)射器601處于中心，被11個(gè)離軸發(fā)射器602-612圍繞。視圖(B)是“X射線”俯視圖620，從與視圖(A)中相同的方向穿過(guò)源的所有層看去?，F(xiàn)在可以看到12個(gè)背側(cè)尋址連接621-632。視圖(C) 640和(D) 660 分別表示如視圖(B)所示的橫截面C-C和D-D?？梢栽谝r底646上制造該源，該襯底646可以是涂覆有絕緣層(諸如二氧化硅)的半導(dǎo)體晶片或絕緣材料(諸如陶瓷)。在橫截面?zhèn)纫晥DC-C中可以看到中心發(fā)射器601和離軸發(fā)射器604。典型地，所有 12個(gè)發(fā)射器601-612由鉬或鎢制造，并可以支撐在大致圓柱形的柱642上，該柱642典型地可以是鎳。如視圖(C)和(D)所示的，通過(guò)背側(cè)連接621-632對(duì)每個(gè)發(fā)射器601-612施加電壓。絕緣層644支撐正側(cè)柵層614，該正側(cè)柵層614是導(dǎo)電的且在如視圖(A)所見的源正面上連續(xù)。對(duì)于其中僅激活一些發(fā)射器(導(dǎo)致相鄰背側(cè)連接(諸如視圖(C)中的621和624)之間的電壓差)的情況，該絕緣層644也用于將背側(cè)連接621-632中的每一個(gè)彼此電氣隔離。 以下將在圖12中討論本發(fā)明第二實(shí)施例的操作。第三實(shí)施例——在正側(cè)尋址的情況下具有6個(gè)冷場(chǎng)發(fā)射器的陣列的電子源
圖7 (A) - (D)是在正側(cè)尋址的情況下包括6個(gè)冷場(chǎng)發(fā)射器的本發(fā)明第三實(shí)施例的各個(gè)視圖?！罢齻?cè)尋址”是指用于對(duì)每個(gè)發(fā)射器701-706施加提取電壓(參見以上圖1的討論) 的方法——在該尋址方法中，所有發(fā)射器701-706共享公共導(dǎo)電基底746，但每個(gè)發(fā)射器尖端701-706分別具有唯一的提取電極721-726。視圖(A)示出了電子源的俯視圖(即，從鏡筒看向該源中的視圖——將從該圖的平面向外發(fā)射電子)700，其中發(fā)射器701處于中心， 被5個(gè)離軸發(fā)射器702-706圍繞。視圖(B)是“X射線”俯視圖720，從與視圖(A)中相同的方向穿過(guò)源的所有層看去?，F(xiàn)在可以看到6個(gè)正側(cè)尋址連接721-726。視圖(C)740和(D) 760分別表示如視圖(B)所示的橫截面E-E和F-F。可以在導(dǎo)電襯底746上制造該源，該導(dǎo)電襯底746可以是涂覆有導(dǎo)電層(諸如鉬或鉻)的絕緣材料(諸如陶瓷或無(wú)摻雜半導(dǎo)體晶片) 或?qū)щ姴牧?諸如重?fù)诫s半導(dǎo)體晶片)。在橫截面?zhèn)纫晥DE-E中可以看到中心發(fā)射器701和離軸發(fā)射器704。典型地，所有 6個(gè)發(fā)射器701-706由鉬或鎢制造，并可以支撐在大致圓柱形的柱742上，該柱742典型地可以是鎳。如視圖(C)和(D)所示的，通過(guò)公共襯底746對(duì)所有發(fā)射器701-706施加相同電壓。絕緣層744支撐包括提取器電極721-726的正側(cè)圖案化柵層。絕緣層748覆蓋并填充在提取器721-7 之間，從而在相鄰提取器之間以及在提取器與屏蔽層708之間提供電氣絕緣，該屏蔽層708是導(dǎo)電的且在如視圖(A)所見的源正面上連續(xù)。屏蔽層708用于在源正面上提供公共電壓以便于在源操作期間在相鄰發(fā)射器之間的電子光學(xué)隔離。以下將在圖 13中討論本發(fā)明第三實(shí)施例的操作。第四實(shí)施例——在正側(cè)尋址的情況下具有12個(gè)冷場(chǎng)發(fā)射器的陣列的電子源
圖8 (A)- (D)是在正側(cè)尋址的情況下包括12個(gè)冷場(chǎng)發(fā)射器的本發(fā)明第四實(shí)施例的各個(gè)視圖?！罢齻?cè)尋址”是指用于對(duì)每個(gè)發(fā)射器801-812施加提取電壓(參見以上圖1的討論) 的方法——在該尋址方法中，所有發(fā)射器801-812共享公共導(dǎo)電基底846，但每個(gè)發(fā)射器尖端801-812分別具有唯一的提取電極821-832。視圖(A)示出了電子源的俯視圖(即，從鏡筒看向該源中的視圖——將從該圖的平面向外發(fā)射電子)800，其中發(fā)射器801處于中心， 被11個(gè)離軸發(fā)射器802-812圍繞。視圖(B)是“X射線”俯視圖820，從與視圖(A)中相同的方向穿過(guò)源的所有層看去。現(xiàn)在可以看到12個(gè)正側(cè)尋址連接821-832。視圖(C)840和 (D) 860分別表示如視圖(B)所示的橫截面G-G和H-H?？梢栽趯?dǎo)電襯底846上制造該源， 該導(dǎo)電襯底846可以是涂覆有導(dǎo)電層(諸如鉬或鉻)的絕緣材料(諸如陶瓷或無(wú)摻雜半導(dǎo)體晶片)或?qū)щ姴牧?諸如重?fù)诫s半導(dǎo)體晶片)。在橫截面?zhèn)纫晥DG-G中可以看到中心發(fā)射器801和離軸發(fā)射器804。典型地，所有12個(gè)發(fā)射器801-812由鉬或鎢制造，并可以支撐在大致圓柱形的柱842上，該柱842典型地可以是鎳。如視圖(C)和(D)所示的，通過(guò)公共襯底846對(duì)所有發(fā)射器801-812施加相同電壓。絕緣層844支撐包括提取器電極821-832的正側(cè)圖案化柵層。絕緣層848覆蓋并填充在提取器821-832之間，從而在相鄰提取器之間以及在提取器與屏蔽層814之間提供電氣絕緣，該屏蔽層814是導(dǎo)電的且在如視圖(A)所見的源正面上連續(xù)。屏蔽層814用于在源正面上提供公共電壓以便于在源操作期間在相鄰發(fā)射器之間的電子光學(xué)隔離。以下將在圖13中討論本發(fā)明第四實(shí)施例的操作。第五實(shí)施例——在正側(cè)尋址和側(cè)向氣體饋送口的情況下具有12個(gè)氣態(tài)場(chǎng)離子化發(fā)射器的陣列的離子源
圖9 (A)-(D)是在正側(cè)尋址和側(cè)向氣體饋送口的情況下包括12個(gè)氣態(tài)場(chǎng)離子化(GFI)離子發(fā)射器的本發(fā)明第五實(shí)施例的各個(gè)視圖?！罢齻?cè)尋址”是指用于對(duì)每個(gè)發(fā)射器901-912 施加提取電壓(參見以上圖1的討論)的方法——在該尋址方法中，所有發(fā)射器901-912共享公共導(dǎo)電基底946，但每個(gè)發(fā)射器尖端分別具有唯一的提取電極921-932。視圖(A)示出了離子源的俯視圖(即，從鏡筒看向該源中的視圖——將從該圖的平面向外發(fā)射正離子) 900，其中發(fā)射器901處于中心，被11個(gè)離軸發(fā)射器902-912圍繞。視圖(B)是“X射線”俯視圖920，從與視圖(A)中相同的方向穿過(guò)源的所有層看去。現(xiàn)在可以看到12個(gè)正側(cè)尋址連接921-932。視圖(C) 940和(D) 960分別表示如視圖(B)所示的橫截面I-I和J-J?？梢栽趯?dǎo)電襯底946上制造該源，該導(dǎo)電襯底946可以是涂覆有導(dǎo)電層(諸如鉬或鉻)的絕緣材料(諸如陶瓷或無(wú)摻雜半導(dǎo)體晶片)或?qū)щ姴牧?諸如重?fù)诫s半導(dǎo)體晶片)。襯底946也包含饋送氣體腔(plenum)950，該饋送氣體腔950通過(guò)如橫截面?zhèn)纫晥DJ-J和χ射線視圖(B) 所示的個(gè)體饋送孔916向每個(gè)發(fā)射器尖端901-912供給用于離子化的氣體。將氣體從饋送系統(tǒng)(未示出)供給至腔950，該饋送系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力以防止過(guò)多氣流穿過(guò)孔916，這可能在發(fā)射器尖端901-912與提取器921-932之間分別誘導(dǎo)真空擊穿和電弧放電。在橫截面?zhèn)纫晥DI-I中可以看到中心發(fā)射器901和離軸發(fā)射器904。典型地，所有12個(gè)發(fā)射器901-912由鉬或鎢制造，并可以支撐在大致圓柱形的柱942上，該柱942典型地可以是鎳。如視圖(C)和(D)所示的，通過(guò)公共襯底946對(duì)所有發(fā)射器901-912施加相同電壓。絕緣層944支撐包括提取器電極921-932的正側(cè)圖案化柵層。絕緣層948覆蓋并填充在提取器921-932之間，從而在相鄰提取器之間以及在提取器與屏蔽層914之間提供電氣絕緣，該屏蔽層914是導(dǎo)電的且在如視圖(A)所見的源正面上連續(xù)。屏蔽層914用于在源正面上提供公共電壓以便于在源操作期間在相鄰發(fā)射器之間的電子光學(xué)隔離。以下將在圖13中討論本發(fā)明第五實(shí)施例的操作。第六實(shí)施例——在正側(cè)尋址和軸向氣體饋送口的情況下具有12個(gè)氣態(tài)場(chǎng)離子化發(fā)射器的陣列的離子源
圖IO(A)-(D)是在正側(cè)尋址和軸向氣體饋送口的情況下包括12個(gè)氣態(tài)場(chǎng)離子化(GFI) 發(fā)射器的本發(fā)明第六實(shí)施例的各個(gè)視圖。“正側(cè)尋址”是指用于對(duì)每個(gè)發(fā)射器1001-1012施加提取電壓(參見以上圖1的討論)的方法——在該尋址方法中，所有發(fā)射器1001-1012共享公共導(dǎo)電基底1046，但每個(gè)發(fā)射器尖端分別具有唯一的提取電極1021-1032。視圖(A)示出了離子源的俯視圖(即，從鏡筒看向該源中的視圖——將從該圖的平面向外發(fā)射正離子) 1000，其中發(fā)射器1001處于中心，被11個(gè)離軸發(fā)射器1002-1012圍繞。視圖(B)是“X射線”俯視圖1020，從與視圖(A)中相同的方向穿過(guò)源的所有層看去?，F(xiàn)在可以看到12個(gè)正側(cè)尋址連接1021-1032。視圖(C) 1040和(D) 1060分別表示如視圖(B)所示的橫截面K-K 和L-L。可以在導(dǎo)電襯底1046上制造該源，該導(dǎo)電襯底1046可以是涂覆有導(dǎo)電層(諸如鉬或鉻)的絕緣材料(諸如陶瓷或無(wú)摻雜半導(dǎo)體晶片)或?qū)щ姴牧?諸如重?fù)诫s半導(dǎo)體晶片)。 襯底1046也包含饋送氣體腔1050，該饋送氣體腔1050通過(guò)如橫截面?zhèn)纫晥DL-L所示的中心口 1016向每個(gè)發(fā)射器尖端1001-1012供給用于離子化的氣體。將氣體從饋送系統(tǒng)(未示出)供給至腔1050，該饋送系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力以防止過(guò)多氣流穿過(guò)中心口 1016，這可能在發(fā)射器尖端1001-1012與提取器1021-1032之間分別誘導(dǎo)真空擊穿和電弧放電。在橫截面?zhèn)纫晥DK-K中可以看到中心發(fā)射器1001和離軸發(fā)射器1004。典型地， 所有12個(gè)發(fā)射器1001-1012由鉬或鎢制造，并可以支撐在大致圓柱形的空心柱1042上，該空心柱1042典型地可以是鎳。如視圖(C)和(D)所示的，通過(guò)公共襯底1046對(duì)所有發(fā)射器1001-1012施加相同電壓。絕緣層1044支撐包括提取器電極1021-1032的正側(cè)圖案化柵層。絕緣層1048覆蓋并填充在提取器1021-1032之間，從而在相鄰提取器之間以及在提取器與屏蔽層1014之間提供電氣絕緣，該屏蔽層1014是導(dǎo)電的且在如視圖(A)所見的源正面上連續(xù)。屏蔽層1014用于在源正面上提供公共電壓以便于在源操作期間在相鄰發(fā)射器之間的電子光學(xué)隔離。以下將在圖13中討論本發(fā)明第六實(shí)施例的操作。第七實(shí)施例——在正側(cè)尋址和軸向液態(tài)金屬饋送口的情況下具有12個(gè)液態(tài)金屬離子發(fā)射器的陣列的離子源
圖11是在正側(cè)尋址和軸向液態(tài)金屬饋送口的情況下包括多個(gè)液態(tài)金屬離子源的本發(fā)明第七實(shí)施例1100的橫截面?zhèn)纫晥D。該第七實(shí)施例的總體源結(jié)構(gòu)與圖10中的第六實(shí)施例相同，除了現(xiàn)在使用腔1050和饋送口來(lái)向每個(gè)發(fā)射器尖端傳輸用于離子化的液態(tài)金屬。典型的液態(tài)金屬可以是純金屬(諸如鎵或銦)或者合金(諸如硅-金、鈹-硅-金、鈹-金等)。 對(duì)于一些金屬(諸如鎵)，需要少許加熱或不需要加熱以熔化金屬并使得其能夠從腔1150流經(jīng)口 1116、1151和1154以形成泰勒(Taylor)錐體(諸如1161和1164)。其他金屬將需要一定量的加熱以達(dá)到其熔點(diǎn)——典型的最大熔點(diǎn)可以至多為幾百攝氏度。橫截面?zhèn)纫晥D K’-K’與圖10中的橫截面?zhèn)纫晥DK-K相對(duì)應(yīng)，其中在口 1116、1151和IlM中添加了腔1150 中的液態(tài)金屬并且形成泰勒錐體1161和1164。泰勒錐體1161和1164分別在提取器1121 和IlM上以空心柱1101和1104為中心。典型地，所有12個(gè)支撐柱(僅1101和1104在圖 11中示出)可以由鉬或鎢制造。通過(guò)公共襯底1146對(duì)每個(gè)支撐柱施加相同電壓。絕緣層 1144支撐包括提取器電極(諸如1121和1124)的正側(cè)圖案化柵層。絕緣層1148覆蓋并填充在提取器之間，從而在相鄰提取器之間以及在提取器與屏蔽層1114之間提供電氣絕緣， 該屏蔽層1114是導(dǎo)電的且在如視圖(A)所見的源正面上連續(xù)。屏蔽層1114用于在源正面上提供公共電壓以便于在源操作期間在相鄰發(fā)射器之間的電子光學(xué)隔離。以下將在圖13 中討論本發(fā)明第七實(shí)施例的操作。各個(gè)實(shí)施例的電氣控制電路
圖12是在背側(cè)尋址的情況下本發(fā)明的帶電粒子源的控制電路的簡(jiǎn)化電氣示意圖—— 該電路可適用于圖5-6所示的第一和第二實(shí)施例。分別通過(guò)3個(gè)背側(cè)連接1211-1213來(lái)向發(fā)射器1201-1203傳送電壓，這3個(gè)背側(cè)連接1211-1213進(jìn)而通過(guò)線1221-1223連接至偏置電源1231-1233。偏置電源1231-1233供給尖端1201-1203相對(duì)于公共柵(提取)電極1204 的提取電壓。公共柵電壓電源1234通過(guò)線12 連接至公共柵1204。波束加速電壓電源 1246連接在地1248與電源1231-1234的公共參考電壓連接1240之間。為了示意該電路的操作，假定我們想要從發(fā)射器1201進(jìn)行發(fā)射，但是我們不想從發(fā)射器1202和1203進(jìn)行發(fā)射。第一，將電源1231-1234和1246設(shè)置為0 V輸出，作為初始化步驟。假定為誘導(dǎo)帶電粒子發(fā)射所需的在任何發(fā)射器1201-1203與公共提取器1204之間的電壓差第二， 將波束加速電壓電源1246設(shè)置為將與要從尖端1201發(fā)射的帶電粒子(電子或離子)的期望能量相對(duì)應(yīng)的電壓供給至公共連接1240。第三，將所有4個(gè)電源1231-1234設(shè)置為供給等于V 的輸出電壓。此時(shí)，3個(gè)發(fā)射器1201-1203中的任一個(gè)與公共柵(提取器)1204之間將不存在電壓差——因此，發(fā)射器保持不激活并且不在發(fā)射帶電粒子。接著，為了激活發(fā)射器1201，將從電源1231輸出的電壓減小至0 V——現(xiàn)在，在發(fā)射器1201與公共柵1204之間將存在等于VisI的電壓差，從而誘導(dǎo)從尖端1201的發(fā)射，而對(duì)于尖端1202-1203，仍將不存在發(fā)射，這是由于在尖端1202-1203與公共柵1204之間將不存在電壓差。將遵循類似的規(guī)程來(lái)激活尖端1202或1203。為了同時(shí)激活尖端1201-1203的陣列當(dāng)中的兩個(gè)或更多尖端(參見圖15)，1231-1233當(dāng)中的對(duì)應(yīng)電源將被設(shè)置為0 V輸出。這里所示的示例示意了對(duì)僅3個(gè)發(fā)射器1201-1203的控制，但是顯然，尖端偏置電壓電源的數(shù)目將被設(shè)置為等于要控制的源中的發(fā)射器的數(shù)目，諸如例如對(duì)于圖5和7為6而對(duì)于圖6和8-11為12。圖13是在正側(cè)尋址的情況下本發(fā)明的帶電粒子源的控制電路的簡(jiǎn)化電氣示意圖——這可適用于圖7-11所示的第三至第七實(shí)施例。所有發(fā)射器1302-1303通過(guò)襯底1360 和連接1340而公共連接至波束加速電壓電源1346。分別通過(guò)3個(gè)正側(cè)連接1321-1323來(lái)向提取器1311-1313傳送電壓，這3個(gè)正側(cè)連接1321-1323進(jìn)而通過(guò)線1321-1323連接至柵電源1331-1333。柵電源1331-1333供給尖端1201-1203相對(duì)于公共基電壓的提取電壓。 公共屏蔽電壓電源1334通過(guò)線13M連接至公共屏蔽電極1314。波束加速電壓電源1346 連接在地1348與電源1331-1334的公共參考電壓連接1340之間。為了示意該電路的操作，假定我們想要從發(fā)射器1301進(jìn)行發(fā)射，但是我們不想從發(fā)射器1302和1303進(jìn)行發(fā)射。 第一，將電源1331-1334和1346設(shè)置為0 V輸出，作為初始化步驟。假定為誘導(dǎo)帶電粒子發(fā)射所需的在任何發(fā)射器1301-1303與其相應(yīng)提取器1311-1313之間的電壓差為Via^第二，將波束加速電壓電源1346設(shè)置為將與要從尖端1301發(fā)射的帶電粒子(電子或離子)的期望能量相對(duì)應(yīng)的電壓供給至公共連接1340。第三，將公共屏蔽電壓電源1334設(shè)置為供給可以典型地等于或大于VisI的屏蔽電壓。此時(shí)，3個(gè)發(fā)射器1301-1303中的任一個(gè)與3個(gè)提取器1311-1313之間分別將不存在電壓差——因此，發(fā)射器保持不激活并且不在發(fā)射帶電粒子。接著，為了激活發(fā)射器1301，將從電源1331輸出的電壓增加至VisI——現(xiàn)在，在發(fā)射器1301與提取器1311之間將存在等于Viax的電壓差，從而誘導(dǎo)從尖端1301的發(fā)射， 而對(duì)于尖端1302-1303，仍將不存在發(fā)射，這是由于在尖端1302-1303與提取器1312-1313 之間分別將不存在電壓差。將遵循類似的規(guī)程來(lái)激活尖端1302或1303。為了同時(shí)激活尖端1301-1303的陣列當(dāng)中的兩個(gè)或更多尖端(參見圖15)，1331-1333當(dāng)中的對(duì)應(yīng)電源將被同時(shí)設(shè)置為Via^這里所示的示例示意了對(duì)僅3個(gè)發(fā)射器1301-1303的控制，但是顯然，柵偏置電壓電源的數(shù)目將被設(shè)置為等于要控制的源中的發(fā)射器的數(shù)目，諸如例如對(duì)于圖5和 7為6而對(duì)于圖6和8-11為12。各個(gè)實(shí)施例的不同操作模式的角強(qiáng)度和亮度
圖14A是從源1402內(nèi)的單個(gè)帶電粒子發(fā)射器1404發(fā)射的帶電粒子的側(cè)示意圖1400。 典型地，將帶電粒子(如圖5-8中的電子或如圖9-11中的離子)發(fā)射至以發(fā)射軸1408為中心的具有近似30°廣0. 52弧度)半角1406的錐形立體角1410中。源1402的角強(qiáng)度則為
角強(qiáng)度=(來(lái)自發(fā)射器I4O4的電流)/ [ π (角HO6)2 ]。亮度為
亮度=(角強(qiáng)度)/ [ ^ (虛擬源的直徑)2 / 4 ]。在圖14A的示例中，對(duì)于諸如圖5-8中的冷場(chǎng)發(fā)射器的情況，虛擬源的直徑可以非常小，因此即使在其中角強(qiáng)度不必非常大的情況下，操作于單發(fā)射器模式(即，僅激活一個(gè)發(fā)射器)的源1402的亮度可以非常高。因此，單發(fā)射器操作可以被稱作“高亮度模式”。
圖14B是圖14A所示的帶電粒子源的特寫示意圖1420，示意了非常小的虛擬源大小，該虛擬源大小對(duì)于冷場(chǎng)發(fā)射器而言可以向下變化至近似2 nm直徑，而對(duì)于液態(tài)金屬源而言該虛擬源大小可以處于20 nm直徑的范圍內(nèi)。圖15A是從源1502內(nèi)的發(fā)射器陣列內(nèi)的3個(gè)帶電粒子發(fā)射器1504-1506發(fā)射的帶電粒子的側(cè)示意圖1500。典型地，將帶電粒子(如圖5-8中的電子或如圖9-11中的離子) 發(fā)射至以發(fā)射軸1508為中心的具有近似30°廣0. 52弧度)半角1506的錐形立體角1510 中。注意，在比源1502的大小大得多的距離處，所有這些錐形發(fā)射模式合并至具有等于每個(gè)個(gè)體發(fā)射器1504-1506的發(fā)射電流之和的總電流的帶電粒子的單個(gè)錐體中。源1502的角強(qiáng)度則為
角強(qiáng)度=(來(lái)自發(fā)射器1504-1506的總電流)/ [ π (角1506)2 ]。亮度為
亮度=(角強(qiáng)度(虛擬源1δ14的直徑)2 / 4 ]。在圖15Α的示例中，虛擬源的直徑不再由單個(gè)發(fā)射器的虛擬源大小確定，而是取決于發(fā)射器1504-1506在源1502內(nèi)的總體分布，如圖15Β所示。圖15Β是圖15Α所示的帶電粒子源的特寫示意圖1520。發(fā)射器1504-1506的總體空間分布跨越與發(fā)射軸1508垂直的距離1514。因此，對(duì)于亮度的計(jì)算，虛擬源大小比圖14 中大得多，從而導(dǎo)致該操作模式下的更低亮度。然而，由于總發(fā)射電流現(xiàn)在因所激活的發(fā)射器的總數(shù)(在該示例中為3)而增加，因此角強(qiáng)度增加。因此，多發(fā)射器操作可以被稱作“高角強(qiáng)度模式”。本發(fā)明的多發(fā)射器源的對(duì)準(zhǔn)過(guò)程
圖16是可適用于本發(fā)明的多發(fā)射器源的對(duì)準(zhǔn)過(guò)程1600的流程圖。如以上圖1中所討論的，該對(duì)準(zhǔn)過(guò)程機(jī)械對(duì)準(zhǔn)中心發(fā)射器(諸如圖1中的發(fā)射器101)，然后使用對(duì)發(fā)射器陣列中的所有其他(離軸)發(fā)射器(諸如圖1中的發(fā)射器102-112)的電氣對(duì)準(zhǔn)。首先，在框1602 中，將用于控制帶電粒子槍的電子設(shè)備設(shè)置為以非常低的頻率(諸如0. 1至0.3 Hz)使槍透鏡長(zhǎng)度上下?lián)u擺(通過(guò)周期性電壓或透鏡電流振蕩)，該頻率足夠慢以使得系統(tǒng)操作者能夠在圖像搖擺(即，在帶電粒子系統(tǒng)的成像屏幕上左右和/或上下移動(dòng))時(shí)跟隨圖像。接著，在框1604中，僅激活中心發(fā)射器(諸如圖1中的101)以沿鏡筒發(fā)射帶電粒子，從而在框1606 中形成目標(biāo)的圖像。一般地，該圖像將初始顯現(xiàn)出一些搖擺，這是由于在不進(jìn)行一些必要的機(jī)械調(diào)整的情況下該源極少將碰巧對(duì)準(zhǔn)。如果在判決框1608中判斷圖像正在搖擺，則路徑 1610前進(jìn)至框1612，在框1612中使用源機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)相對(duì)于鏡筒軸重新定位整個(gè)發(fā)射器陣列。通常，在觀察到的圖像搖擺軸和量值與用于減小該搖擺的正確機(jī)械運(yùn)動(dòng)之間存在已知的相關(guān)性。一旦該源已移動(dòng)，路徑1614回到框1606，在框1606中執(zhí)行后續(xù)目標(biāo)成像以觀察任何其余圖像搖擺。一旦在框1608中判斷圖像不再搖擺，中心發(fā)射器就被認(rèn)為與鏡筒足夠機(jī)械對(duì)準(zhǔn)，并且路徑1616前進(jìn)至重復(fù)框1630內(nèi)的框1632。針對(duì)發(fā)射器k=2，3，…，N執(zhí)行重復(fù)框1630內(nèi)的所有框，其中N是陣列中的發(fā)射器的總數(shù)。這允許離軸發(fā)射器k(k>l)中的每一個(gè)與鏡筒電氣對(duì)準(zhǔn)。注意，這不同于與鏡筒機(jī)械對(duì)準(zhǔn)的中心發(fā)射器的情況。由于發(fā)射器陣列近似以中心發(fā)射器為中心，源陣列的機(jī)械對(duì)準(zhǔn)最小化了離軸發(fā)射器的平均未對(duì)準(zhǔn)，從而減小平均X-Y對(duì)準(zhǔn)電壓。在框1632中激活發(fā)射器k之后，在框1634中形成圖像，這與在框1606中相同。如果判決框1636確定圖像正在搖擺，則路徑1630前進(jìn)至框1640，在框1640中使用系統(tǒng)化規(guī)程來(lái)設(shè)置X-Y對(duì)準(zhǔn)偏轉(zhuǎn)(其可以是針對(duì)靜電偏轉(zhuǎn)器的電壓或針對(duì)磁偏轉(zhuǎn)器的電流)。通常，在觀察到的圖像搖擺軸和量值與用于減小該搖擺的正確電氣X-Y波束偏轉(zhuǎn)之間存在已知的相關(guān)性。一旦在框1640中已針對(duì)發(fā)射器k改變并保存X-Y對(duì)準(zhǔn)偏轉(zhuǎn)，路徑1642就回到框1634，在框1634中執(zhí)行后續(xù)目標(biāo)成像以觀察任何其余圖像搖擺。一旦在框1636中判斷圖像不再搖擺，發(fā)射器k就被認(rèn)為與鏡筒足夠電氣對(duì)準(zhǔn)。如果k<N，則k以1遞增，并且對(duì)框1630進(jìn)行重復(fù)。如果k=N，則路徑1644前進(jìn)至框1650，表明源內(nèi)的所有發(fā)射器(諸如圖1中的發(fā)射器101-112)準(zhǔn)備好進(jìn)行操作。盡管發(fā)射器被描述為可電氣尋址，但是也可以機(jī)械移動(dòng)發(fā)射器以將其與鏡筒軸對(duì)準(zhǔn)。盡管詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施例及其優(yōu)勢(shì)，但是應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以對(duì)這里描述的實(shí)施例進(jìn)行各種改變、替代和更改。電網(wǎng)的電壓源可以來(lái)自單個(gè)電源并使用分壓器，分離的電源可以用于每個(gè)電網(wǎng)，或者可以使用電壓驅(qū)動(dòng)器和電源的某種組合。盡管這些示例提供了電場(chǎng)以更改次級(jí)離子的軌跡，但是可以使用磁場(chǎng)，然而必須考慮磁場(chǎng)對(duì)初級(jí)波束的影響。此外，本申請(qǐng)的范圍不旨在限于說(shuō)明書中描述的過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法和步驟的具體實(shí)施例。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從本發(fā)明的公開中容易認(rèn)識(shí)到的，根據(jù)本發(fā)明可以利用與這里描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例執(zhí)行實(shí)質(zhì)上相同的功能或?qū)崿F(xiàn)實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)果的、當(dāng)前存在或以后待開發(fā)的過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟。據(jù)此，所附權(quán)利要求旨在在其范圍內(nèi)包括這些過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種帶電粒子系統(tǒng)，包括鏡筒，用于將帶電粒子束聚焦到目標(biāo)的表面上；帶電粒子源，包括多個(gè)帶電粒子發(fā)射器，每個(gè)被配置為發(fā)射與鏡筒的軸大體平行的帶電粒子；多個(gè)電連接，被配置為一個(gè)連接面向所述多個(gè)帶電粒子發(fā)射器中的每個(gè)發(fā)射器或一組小于所有發(fā)射器；以及發(fā)射器控制電路，用于控制所述多個(gè)帶電粒子發(fā)射器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電粒子系統(tǒng)，其中所述發(fā)射器控制電路能夠使小于所有發(fā)射器同時(shí)發(fā)射。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子系統(tǒng)，其中所述發(fā)射器控制電路能夠使多個(gè)發(fā)射器同時(shí)發(fā)射，所述多個(gè)發(fā)射器產(chǎn)生由所述鏡筒聚焦的帶電粒子。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子系統(tǒng)，其中所述多個(gè)帶電粒子發(fā)射器形成單個(gè)帶電粒子束。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子系統(tǒng)，其中所述發(fā)射器控制電路能夠使所述帶電粒子系統(tǒng)操作于其中單個(gè)發(fā)射器發(fā)射帶電粒子的模式或者其中多個(gè)發(fā)射器同時(shí)發(fā)射帶電粒子的模式。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子系統(tǒng)，其中發(fā)射器中的至少兩個(gè)能夠被獨(dú)立尋址以發(fā)射帶電粒子或不發(fā)射帶電粒子，從而允許發(fā)射器同時(shí)或順序地發(fā)射。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子系統(tǒng)，其中所述帶電粒子是電子或離子。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子系統(tǒng)，其中發(fā)射器是冷場(chǎng)電子發(fā)射器、 氣態(tài)場(chǎng)離子化離子發(fā)射器或液態(tài)金屬離子發(fā)射器。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子系統(tǒng)，其中帶電粒子鏡筒包括對(duì)準(zhǔn)偏轉(zhuǎn)器，將所述多個(gè)帶電粒子發(fā)射器與所述鏡筒的光軸對(duì)準(zhǔn)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子系統(tǒng)，其中所述多個(gè)帶電粒子發(fā)射器內(nèi)的每個(gè)發(fā)射器包括發(fā)射器尖端和提取電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的帶電粒子系統(tǒng)，其中所述發(fā)射器控制電路被配置為對(duì)每個(gè)發(fā)射器尖端施加分離電壓，或者所述發(fā)射器控制電路被配置為對(duì)每個(gè)提取電極施加分離電壓。
12.—種操作帶電粒子束系統(tǒng)的方法，包括提供多個(gè)帶電粒子發(fā)射器；提供具有光軸的聚焦鏡筒，所述聚焦鏡筒能夠?qū)?lái)自多個(gè)發(fā)射器的帶電粒子聚焦到樣本表面上；以及使帶電粒子順序地從所述多個(gè)帶電粒子發(fā)射器發(fā)射并由所述聚焦鏡筒聚焦。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括通過(guò)使用對(duì)準(zhǔn)偏轉(zhuǎn)器，將所述多個(gè)帶電粒子發(fā)射器與所述聚焦鏡筒的光軸對(duì)準(zhǔn)。
14.一種操作帶電粒子束系統(tǒng)的方法，包括提供多個(gè)帶電粒子發(fā)射器；提供具有光軸的聚焦鏡筒，所述聚焦鏡筒能夠?qū)?lái)自多個(gè)發(fā)射器的帶電粒子聚焦到樣本表面上；以及使帶電粒子同時(shí)從所述多個(gè)帶電粒子發(fā)射器發(fā)射并由所述聚焦鏡筒聚焦，來(lái)自多個(gè)發(fā)射器的所述帶電粒子被組合以形成單個(gè)帶電粒子束。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有多個(gè)可選擇粒子發(fā)射器的帶電粒子源。公開了用于聚集粒子束系統(tǒng)的帶電粒子源，所述聚集粒子束系統(tǒng)諸如透射電子顯微鏡(TEM)、掃描透射電子顯微鏡(STEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)或聚焦離子束(FIB)系統(tǒng)。該源采用可以以帶電粒子系統(tǒng)的軸為中心的小區(qū)域內(nèi)的多個(gè)可獨(dú)立尋址發(fā)射器?？梢詥为?dú)控制所有發(fā)射器以同時(shí)實(shí)現(xiàn)從一個(gè)或多個(gè)尖端的發(fā)射。僅激活一個(gè)發(fā)射器的模式與高亮度相對(duì)應(yīng)，而同時(shí)激活多個(gè)發(fā)射器的模式提供了具有較低亮度的高角強(qiáng)度。可以通過(guò)順序地使用單個(gè)發(fā)射器來(lái)延長(zhǎng)源壽命。描述了所有發(fā)射器的組合的機(jī)械和電氣對(duì)準(zhǔn)規(guī)程。
文檔編號(hào)H01J37/04GK102568989SQ201110454979
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者N.W.帕克 申請(qǐng)人:Fei公司