對帶電粒子設(shè)備中的樣品成像的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對帶電粒子設(shè)備中的樣品成像的方法。本發(fā)明涉及配備有離子束柱(102)和電子束柱(101)的雙束設(shè)備，電子束柱包含靜電浸沒透鏡(116)。當傾斜樣品(104)時，靜電浸沒場失真并且失去繞電子光軸的對稱。結(jié)果傾斜引入有害影響，諸如橫向色像差和束位移。另外在樣品的非傾斜位置中檢測二次電子或后向散射電子的柱內(nèi)檢測器(141)將在當傾斜樣品時歸因于失去浸沒場對稱而表現(xiàn)出這些電子的混合。本發(fā)明示出如何通過關(guān)于最靠近樣品的接地電極對平臺進行偏置來消除或至少減少這些缺點。
【專利說明】對帶電粒子設(shè)備中的樣品成像的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對帶電粒子設(shè)備中的樣品成像的方法，所述帶電粒子設(shè)備配備有:
?可抽真空的樣品室，
?用于沿著電子束軸線產(chǎn)生精細聚焦電子束的電子束柱，所述電子束柱配備有包含靜電浸沒透鏡的物鏡，
?用于沿著離子束軸線產(chǎn)生精細聚焦離子束的聚焦離子束柱，
?所述聚焦離子束柱和掃描電子束柱被安裝在樣品室上，以使得電子束軸線和離子束軸線在交點位置處相交，
?示出配備有用于支承樣品的部件的導(dǎo)電平面的樣品操縱器，所述樣品操縱器能夠在所述平面垂直于電子束軸線所成的第一傾斜角度和所述平面垂直于離子束軸線所成的第二傾斜角度之間傾斜所述平面，
所述方法包括
?把樣品安裝在樣品操縱器的平面上，
?利用電子束柱把精細聚焦電子束導(dǎo)向樣品，
?利用聚焦離子束柱把離子束導(dǎo)向樣品。
[0002]這樣的方法例如用于利用充當聚焦離子束(FIB)的離子束柱來機加工樣品或者從工件(諸如半導(dǎo)體晶片)鑿刻樣品，以及用于利用充當掃描電子顯微鏡(SEM)的電子束柱來檢查樣品。

【背景技術(shù)】
[0003]已知的專利描述一種具有掃描電子顯微鏡柱的系統(tǒng)，所述SEM柱配備有包含靜電浸沒透鏡和磁透鏡的物鏡。所描述的系統(tǒng)進一步配備有具有靜電非浸沒透鏡的聚焦離子束柱。
[0004]對于良好的SEM圖像來說，要求浸沒電場示出繞電子光軸的對稱，因為否則將發(fā)生電子束的橫向色像差和若干幾何像差。因此優(yōu)選地將樣品平臺垂直于電子束軸線定向，因而以類似標準SEM的位置配置來操作設(shè)備。
[0005]當使用FIB時，離子通常需要幾乎垂直地撞擊在樣品或晶片上，并且因此電子束斜向地撞擊到樣品或晶片。
[0006]在任何情況下，離子必須從離子柱物鏡行進到交叉點，并且離子因而必須行進通過浸沒電場。這造成離子束的橫向色像差和若干幾何像差。對于良好的離子定位/成像來說，SEM柱的靜電浸沒場應(yīng)被關(guān)閉。
[0007]已知的專利找到一種解決方案，該解決方案在于在SEM柱和FIB柱之間的屏蔽電極，以及關(guān)于樣品和離子束柱對最靠近樣品的靜電浸沒透鏡的電極進行偏置和/或?qū)ζ帘芜M行偏置。
[0008]已知的專利的解決方案依賴于當樣品被傾斜時通過關(guān)于樣品對最靠近樣品的SEM物鏡的電極進行偏置來恢復(fù)繞電子束軸線的靜電浸沒場的旋轉(zhuǎn)對稱、以及利用屏蔽電極對必須由離子束穿過的那部分場進行定形以允許“針對電子束還有離子束這兩者的良好聚焦和束引導(dǎo)”。
[0009]這種已知的解決方案的缺點在于必須在樣品附近的區(qū)域中添加屏蔽電極。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的那樣，該區(qū)通常堆放有附件，比如輻射檢測器(二次電子檢測器，后向散射電子檢測器，X-射線檢測器)，一個或更多個氣體注入系統(tǒng)，用于附接樣品的操縱器坐寸O


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明意圖提供一種不添加屏蔽電極的替換的解決方案。
[0011]為此，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于電子束柱和聚焦離子束柱的每一個示出最靠近交點位置的電極，所述電極連接到公共電位，并且對安裝有樣品的平面關(guān)于這些電極進行偏置而達到取決于傾斜角度離子束和電子束在不示出橫向色像差的情況下相交于交點位置這樣的程度，以及對于兩個傾斜位置而言束的交點在同一樣品位置處。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，兩個物鏡的電極被連接到公共電位(優(yōu)選為接地)，而沒有額外的電極附接到兩個物鏡中的一個或者兩個。平臺被連接到電壓源，所述電壓源能夠關(guān)于各柱對平臺和安裝在平臺上的樣品進行偏置。其結(jié)果是能夠應(yīng)對下面的問題:
?能夠補償起因于樣品傾斜和電子柱的靜電透鏡的激勵的束偏移，
?能夠補償兩個柱的色像差，
當電子束垂直地撞擊到樣品時，電極關(guān)于樣品的偏置優(yōu)選為O。
[0013]在優(yōu)選的實施例中，兩個柱關(guān)于彼此成在45度和60度之間的傾斜角度。
[0014]具有關(guān)于彼此成角度的電子束柱和離子束柱的設(shè)備是眾所周知的，示出了例如兩個柱之間為52度的角度。
[0015]在另一個實施例中，真空室包含一個或更多個導(dǎo)電部分，所述一個或更多個導(dǎo)電部分配備成被關(guān)于樣品和電極偏置。
[0016]在進一步的實施例中，可以關(guān)于電極和樣品定位所述一個或更多個導(dǎo)電部分中的至少一個。
[0017]在另一個實施例中，所述一個或更多個部分包含來自如下的組的部分:氣體注入系統(tǒng)、二次電子檢測器、后向散射電子檢測器、帶電粒子檢測器、X射線檢測器或照相機。
[0018]當使用例如氣體注入系統(tǒng)(GIS)或顯微操縱器時，氣體注入系統(tǒng)(GIS)或顯微操縱器在操作中被關(guān)于樣品和柱移動。通過對樣品進行合適的偏置，針對由這些金屬的(因而是導(dǎo)電的)部分的變化的位置引起的干擾的一階修正是可能的。
[0019]在優(yōu)選的實施例中，電子束柱包含柱內(nèi)帶電粒子檢測器，更具體地，包含透鏡內(nèi)帶電粒子檢測器。
[0020]這樣的柱內(nèi)檢測器用于達成高效率。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)所述方法的使用造成在沒有不利偏轉(zhuǎn)的情況下的二次電子(SE)和后向散射電子(BSE)的檢測。偏轉(zhuǎn)會導(dǎo)致更低的檢測效率。另外，還可以構(gòu)造檢測器以檢測繞電子光軸的角對稱，偏轉(zhuǎn)會妨礙這樣的取決于角度的檢測。應(yīng)注意，歸因于靜電場的極性，這樣的檢測器典型地用于檢測BSE和SE，對于檢測帶正電的離子來說并不有效。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]現(xiàn)在使用附圖闡述本發(fā)明，附圖中相同的附圖標記提及對應(yīng)的特征。為此:
圖1示意性地示出被配備成執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的雙束系統(tǒng)。
[0022]圖2示意性地示出圖1的雙束系統(tǒng)的一部分。
[0023]圖3A、3B、3C、3D、3E和3F示出在利用根據(jù)本發(fā)明的方法進行實驗期間獲得的顯微照片。

【具體實施方式】
[0024]圖1描繪被配備成執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的示例性雙束SEM/FIB系統(tǒng)皿。合適的雙束系統(tǒng)在商業(yè)上例如可從本申請的受讓人FEI公司(俄勒岡州希爾巴羅)獲得。盡管以下提供了合適的硬件的示例，但是本發(fā)明并不被限制于以任何特定類型的硬件來實現(xiàn)。
[0025]雙束系統(tǒng)皿在可抽真空的樣品室103上具有垂直安裝的電子束柱皿和與垂向成近似為52度的角度安裝的聚焦離子束(FIB)柱M?？衫美鐪u輪分子泵，或者其它已知的泵浦部件(諸如油擴散泵、離子吸氣器泵、渦旋泵等(未示出))對樣品室抽真空。
[0026]電子束柱邊I包含用于產(chǎn)生電子束112的電子源110。電子-光學(xué)聚束器透鏡114a, 114b和物鏡116用于精細地把電子束聚焦在樣品104上。物鏡116包含靜電浸沒透鏡，并且優(yōu)選地還包含磁透鏡，從而電子束112被靜電浸沒場和磁場這兩者聚焦。電子束可被定位在樣品(還已知為基底)104的表面上，并且可以借助偏轉(zhuǎn)線圈IlSa和IlSb在樣品的表面上掃描。應(yīng)注意透鏡和偏轉(zhuǎn)單元可以使用電場來操縱電子束，或者可以使用磁場，或者使用它們的結(jié)合。
[0027]雙束系統(tǒng)皿還包括聚焦離子束(FIB)柱■，聚焦離子束(FIB)柱M包含用于產(chǎn)生離子束的離子源120。離子-光學(xué)聚束器透鏡124a，124b和物鏡126用于精細地把離子束聚焦到樣品104上。離子束可被定位在樣品104的表面上，并可以借助偏轉(zhuǎn)器128a和12爐在樣品的表面上掃描。歸因于離子的性質(zhì)(質(zhì)量-電荷比)，透鏡和偏轉(zhuǎn)器典型地在本質(zhì)上是靜電的。
[0028]電子束112和離子束122可被聚焦到樣品104上，樣品104被安裝在真空室103內(nèi)的采用可移動X-Y-Z平臺105形式的樣品操縱器的平坦側(cè)。
[0029]柱101和102被對準以在離子束122和電子束112之間形成交點106。優(yōu)選地將樣品定位在該交點處。
[0030](可伸縮的)氣體注入系統(tǒng)(GIS)I超安裝在真空室上。GIS包含用于保存前體材料的儲存器(未示出)，和用于把前體材料導(dǎo)向基底的表面的針狀物144。GIS進一步包含用于調(diào)節(jié)前體材料向基底的供給的部件。在該示例中，調(diào)節(jié)部件被描繪為調(diào)節(jié)閥143，但是調(diào)節(jié)部件還可以采取例如前體材料的受控加熱的形式。
[0031]進一步將可伸縮的位置顯微操縱器■安裝在真空室上，可伸縮的位置顯微操縱器■包含具有位于真空室中的遠端端部的尖端146。尖端146的遠端部分例如用于探測樣品，或者用于使用例如束誘導(dǎo)沉積(使用離子、電子或激光束)來附著樣品(的一部分)。
[0032]當電子束中的電子沖擊樣品104時，發(fā)出二次電子(SE)和后向散射電子(BSE)。SE通常被定義為從樣品發(fā)出的具有小于50 eV的能量的電子，而BSE通常被定義為從樣品發(fā)出的具有超過50 eV的能量的電子。SE和BSE的至少一部分被電子檢測器140 (諸如Everhard-Thornley檢測器，或者柱內(nèi)安裝的、更優(yōu)選地安裝在物鏡116內(nèi)的柱內(nèi)檢測器)檢測到，所述檢測器能夠檢測低能量電子和后向散射電子。應(yīng)注意，這樣的檢測器可以是基于閃爍體的檢測器，或者可以被形成為半導(dǎo)體器件，并且這樣的檢測器可以是分段的或者不是分段的。
[0033]應(yīng)注意除了 SE和BSE之外，還發(fā)出其它類型的輻射，諸如X-射線、可見光等。還可以使用適當?shù)臋z測器檢測這些類型的輻射。
[0034]檢測器的信號被給送至系統(tǒng)控制器130。所述系統(tǒng)控制器還控制偏轉(zhuǎn)器信號、各透鏡、電子源、GIS、平臺和(多個)泵，以及儀器的其它項，包括GIS系統(tǒng)逸和顯微操縱器1450系統(tǒng)控制器因此能夠使用掃描模式或更多地使用穩(wěn)態(tài)偏轉(zhuǎn)，來把離子束和電子束這兩者導(dǎo)向樣品上的特定部位。使用束的位置信息以及使用檢測器的信息，控制器能夠在監(jiān)視器上形成樣品的圖像。
[0035]應(yīng)注意系統(tǒng)控制器還控制檢測器，例如，通過控制檢測器的增益。
[0036]應(yīng)注意柱內(nèi)檢測器141示出用于使電子束112通過的中央通孔。
[0037]應(yīng)注意，諸如檢測器140的檢測器可以位于真空室中，以便優(yōu)化檢測效率或者在某些觀測期間為其它部分讓出空間，所述觀測例如要求另一類型的檢測器。
[0038]平臺105可支撐樣品和/或一個或更多個TEM樣品支承器，從而可以從樣品中提取出樣品的一小部分，并將該一小部分移動到TEM樣品支承器。平臺105優(yōu)選地可在水平平面(X軸和Y軸)中移動并且垂直(Z軸)移動。平臺105還可傾斜近似六十￠0)度或者更大，并且繞Z軸旋轉(zhuǎn)。在一些實施例中，可以使用分離的TEM樣品平臺(未示出)。
[0039]泵被用于對電子束柱101、離子束柱102和真空室103抽真空。真空泵典型地在室103內(nèi)提供近似3X 10_6 mbar的真空。當合適的前體氣體被引入到樣品表面上時，室背景壓力可能升高，典型地升高到約5X1(T5 mbar。然而，已知使用如I?10 mbar那么高的壓力，使得能夠進行濕樣品的觀測和“機加工”。
[0040]顯微操縱器145 (諸如Omniprobe公司(德克薩斯州達拉斯)的AutoProbe 200?,或者Kleindiek Nanotechnik(德國羅伊特林根)的Model MM3A)能夠在真空室內(nèi)精確地移動物體。顯微操縱器可包含位于真空室外部的精密電馬達，以提供位于真空室內(nèi)的遠端端部的X、Y、Z和Θ控制。顯微操縱器可以適合不同的端部執(zhí)行器以操縱小物體。在在此描述的實施例中，端部執(zhí)行器是細探針。如現(xiàn)有技術(shù)中已知那樣，顯微操縱器(或微探針)可用于把TEM樣品(典型地已經(jīng)通過離子束從基底脫離)轉(zhuǎn)移到TEM樣品支承器以用于便分析。
[0041]電壓源134連接到平臺105，使平臺能夠關(guān)于真空室的電位和各個柱最靠近平臺的電極以預(yù)定的電壓電“浮動”。該電壓源受系統(tǒng)控制器130控制，并且因此能夠設(shè)定到適當?shù)碾妷?，以?yōu)化繞電子束112的物鏡116的靜電部分的電對稱，由此不取決于樣品和平臺的傾斜而將橫向色像差最小化、把交點位置106保持在固定位置等。
[0042]圖2示意性地示出兩個柱的物鏡，以及離子束和電子束的交點。
[0043]電子梓101終丨h(huán)于物鏡116中，物鏡116包含由電極202形成的浸沒透鏡、形成電子柱的最靠近交點的端帽的接地電極204、和由平臺105的平坦表面形成的電極201。接地電極204也是由線圈206磁激勵的磁路的一部分。檢測器141具有例如由金屬化層形成的、面向樣品且形成電極202的一部分的導(dǎo)電平面。
[0044]聚焦離子束柱102終止于物鏡126中，物鏡126由電極208、210和212形成，電極208和212連接至地，并且電極210典型地處在使離子束減速的電壓。應(yīng)注意已知當使用低能量離子時使用加速電壓。接地電極212是聚焦離子束柱的最靠近樣品的電極。
[0045]應(yīng)提及可具有在電子的能量或者電子進入電子柱的物鏡的角度之間進行區(qū)分的柱內(nèi)檢測器。應(yīng)注意低能量SE歸因于浸沒場而沿電子束軸線是平行的，并且被保持在軸線附近，而對于BSE來說，歸因于其更高的初始能量，發(fā)生這種情況的程度更低。通過分開地獲得兩種信號的信息，能夠得到主要具有SE信息或者主要具有BSE信息的圖像。發(fā)明人用可獲得這樣的圖像的裝置進行了實驗。
[0046]圖3A、3B、3C、3D、3E和3F示出在利用根據(jù)本發(fā)明的方法進行實驗期間獲得的顯微照片。
[0047].圖3A示出使用透鏡內(nèi)SE檢測器獲得的錫球的圖像。
[0048].圖3B示出使用透鏡內(nèi)BSE檢測器獲得的錫球的圖像。
[0049].圖3C示出當使樣品平臺傾斜52度時，使用透鏡內(nèi)SE檢測器獲得的錫球的圖像。
[0050].圖3D示出當使樣品平臺傾斜52度時，使用透鏡內(nèi)BSE檢測器獲得的錫球的圖像。
[0051].圖3E示出當使樣品平臺傾斜52度，并且施加234伏的平臺偏置時，使用透鏡內(nèi)SE檢測器獲得的錫球的圖像。
[0052].圖3F示出當使樣品平臺傾斜52度，并且施加234伏的平臺偏置時，使用透鏡內(nèi)BSE檢測器獲得的錫球的圖像。
[0053]應(yīng)提及錫球通常用作參考樣本。所述圖像是在如下情況下獲得的:樣品(錫球)在交點位置處，交點這此情況下從電極204離開1mm ;電極202上的電壓近似為8 kV ;以及電子在樣品上的著陸能量為I keV。
[0054]圖3A和3B中所示的圖像是有經(jīng)驗的人員可分別從SE或BSE圖像期待的內(nèi)容。
[0055]圖3C和3D的圖像看起來分別與圖3A和3B相當不同。這些圖像含有混合信息(BSE+SE),并且在信號中不出各向異性，SE和BSE信號的量取決于所顯不的樣品表面關(guān)于傾斜軸的定向。例如，錫球上的邊緣效應(yīng)在不同方向表現(xiàn)不同。因此所述傾斜引起圖像變化和信號失真。信號失真由最初被垂直于平臺的平面加速、并且之后僅被朝著檢測器加速的SE引起。當朝著檢測器導(dǎo)引SE時，它們因而已具有妨礙平行化的大的能量。
[0056]盡管由于傾斜的結(jié)果(圖像變化)而看起來和圖3A和3B不同的圖3E和3F的圖像又是有經(jīng)驗的人員可分別從SE或BSE圖像期待的內(nèi)容(不再有信號失真)。
[0057]通過恢復(fù)繞電子光軸的對稱，不僅橫向色像差和束位移被減少或消除，而且還從而減少了 BSE和SE的信息的糾纏。
【權(quán)利要求】
1.一種對帶電粒子設(shè)備(100)中的樣品成像的方法，所述帶電粒子設(shè)備配備有 ?可抽真空的樣品室(103)， ?用于沿著電子束軸線產(chǎn)生精細聚焦的電子束(112)的電子束柱(101)，所述電子束柱配備有包含靜電浸沒透鏡的物鏡(116)， ?用于沿著離子束軸線產(chǎn)生精細聚焦的離子束(122)的聚焦離子束柱(102)， ?所述聚焦離子束柱(102)和所述電子束柱(101)被安裝在所述樣品室(103)上，以使得電子束軸線和離子束軸線在交點位置(106)處相交， ?示出配備有用于支承樣品(104)的部件的導(dǎo)電平面(201)的樣品操縱器(105)，所述樣品操縱器能夠在所述平面垂直于電子束軸線所成的第一傾斜角度和所述平面垂直于離子束軸線所成的第二傾斜角度之間傾斜所述平面， 所述方法包括 ?把樣品(104)安裝在所述樣品操縱器(105)的平面上， ?利用所述電子束柱(101)把精細聚焦電子束(112)導(dǎo)向樣品(104)， ?利用所述聚焦離子束柱(102)把離子束(122)導(dǎo)向樣品(104)， 其特征在于 所述電子束柱(101)示出最靠近交點位置(106)的電極(204)，并且所述聚焦離子束柱(102)示出最靠近交點位置(106)的電極(212)，所述電極(204，212)連接到公共電位，以及對安裝有樣品(104)的所述平面(201)關(guān)于所述電極(104，212)進行電偏置而達到取決于傾斜角度離子束(122)和電子束(112)在不示出橫向色像差的情況下相交于交點位置(106)這樣的程度，以及對于兩個傾斜位置而言束的交點在同一位置處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中如果所述平面垂直于電子束軸線，則取決于傾斜角度的偏置為O。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述第一傾斜角度和所述第二傾斜角度之間的差在45度和60度之間。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中真空室包含一個或更多個導(dǎo)電部分，所述一個或更多個導(dǎo)電部分配備成被關(guān)于樣品和電極偏置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中能夠關(guān)于電極和樣品定位所述一個或更多個導(dǎo)電部分中的至少一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中所述一個或更多個部分包含來自如下的組的部分:氣體注入系統(tǒng)(142)、操縱器(145)、二次電子檢測器(140)、后向散射電子檢測器(141)、帶電粒子檢測器、X射線檢測器或照相機。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的方法，其中所述電子束柱包含柱內(nèi)帶電粒子檢測器(141)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中柱內(nèi)檢測器(141)是透鏡內(nèi)檢測器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中配備柱內(nèi)檢測器以在二次電子和后向散射電子之間進行區(qū)別。
【文檔編號】H01J37/26GK104241066SQ201410245642
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月5日
【發(fā)明者】塞達 B., 圖馬 L., 赫拉文卡 P., 斯塔 P. 申請人:Fei公司