帶電粒子束系統孔闌技術方案

實現一種改進的限束孔闌結構及制作的方法。在位于支撐襯底中的空腔上方的薄的導電膜中制作孔闌開口，其中孔闌的尺寸和形狀由導電膜中的開口確定，而不是由襯底確定。

【技術實現步驟摘要】
帶電粒子束系統孔闌
本專利技術涉及帶電粒子束系統，更具體地說涉及帶電粒子束系統中的限束孔闌。
技術介紹
在諸如電子顯微鏡或聚焦離子束(FIB)系統的帶電粒子束系統中，源產生帶電粒子，所述帶電粒子然后由光學柱體聚焦成射束，并被引導到要成像和/或處理的目標表面上。在柱體中，該射束可被消隱（也就是說可被轉向到終點（stop）內以關掉所述射束），可被偏斜以使所述射束在目標表面各處移動。具有較低的射束電流（也就是說較少的帶電粒子）的射束典型地可聚焦至比具有較高電流的射束小的直徑。因此，利用較低的射束電流可提供較高分辨率的成像或加工。較低的射束電流還導致對目標的較小的損傷。離子束可用于從目標的表面以受控模式銑削（mill）或濺蝕材料。銑削速率粗略地與射束電流成比例。因此，較高的射束電流在需要迅速地去除材料時是優選的，雖然較高的射束電流典型地導致較低分辨率的加工。加工有時使用兩步加工，其中以高電流的射束迅速地去除材料，并且然后以較低電流的射束更精確地完成銑削。盡管理想的射束使所有的離子均勻地分布在所期望的射束直徑內，但實際上，射束電流分布或多或少地為鐘形的，并且從射束中心逐漸減少。該“尾部”降低圖像分辨率，并使得不能銑削筆直的邊緣。有些應用需要成像、粗銑和精銑。尤其地，當需要相對于目標上的預存特征精確地定位銑削圖案時，需要首先用低電流的FIB使目標成像，并且然后轉換至用于粗銑的較高電流(典型地為較大直徑)的FIB，以及然后用于精銑的較低電流的射束。這樣的成像/銑削過程的一個重要示例是諸如半導體器件和低溫冷凍生物樣品的各種類型的樣品的薄的“薄片”(lamellae，單數形式為“lamella”)的制備。在半導體器件失效分析的情況下，通過在兩面作FIB銑削，使包含有缺陷的器件的材料的薄層(薄片)剩下來，使得集成電路內的、通常包含要分析的有缺陷的器件的特定感興趣區(RoI)暴露(這些薄片薄到足以用于在原理上可達到原子分辨率的高壓透射電子顯微鏡(TEM)或掃描透射電子顯微鏡(STEM))。由于薄片僅為數十納米厚，并且被觀察的缺陷可為納米級，所以形成薄片的銑削非常精確。在薄片的制備期間，需要在利用適于迅速銑削的大電流、大直徑射束、用于精銑的較低電流、較小直徑射束和用于成像的更低電流、更小直徑射束之間轉換。這典型地通過改變射束穿過的限束孔闌(BDA)實現。BDA典型地是金屬條中的孔，以僅允許穿過孔的帶電粒子形成射束。在金屬條中典型地有多個BDA或孔，并且轉換孔闌典型地需要使條帶移動，使得不同直徑的孔位于射束的路徑中。圖1是現有技術的孔闌100的示意性橫截面視圖。孔110形成于硅襯底108中，大致上具有所期望的孔闌孔的尺寸。層可沉積在諸如SiO2層106和SixNy層104的硅襯底上，以幫助該孔的形成。然后，將鉬層102共形地沉積在所有表面上，以保護孔闌免受離子束中的離子的影響。層是薄的，典型地為200-500nm，以避免明顯減小孔闌的直徑。由于離子束中的離子撞擊孔闌結構，侵蝕孔闌結構并使孔擴展，所以離子束系統中的限束孔闌具有有限的壽命。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種改進的、用于帶電粒子束系統的限束孔闌，包括聚焦離子束系統、透射電子顯微鏡、掃描透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡。本專利技術包括新的孔闌結構及用于制作這些結構的方法。優選的孔闌結構包括由襯底支撐的沉積膜，其中孔闌的尺寸和形狀不由襯底確定(即圖案形成到襯底中)。上文已相當寬泛地概述了本專利技術的特征和技術優點，以便可更好地理解本專利技術的隨后的詳細說明。在下文中將描述本專利技術的附加的特征和優點。本領域的技術人員應意識到的是，為實現與本專利技術相同的目的，所公開的概念和具體的實施例可容易地用作用于改進或設計其他結構的基礎。本領域的技術人員還應意識到的是，這樣的等同的結構沒有偏離如在所附權利要求中所提出的本專利技術的精神和范圍。附圖說明為了更徹底地理解本專利技術及本專利技術的優點，現在將結合附圖對以下的說明作出參考，其中：圖1是現有技術的孔闌的示意性橫截面視圖。圖2是現有技術的矩形孔闌的顯微照片，其示出當利用軋制鉬片金屬時在側壁中典型地發現的有些缺陷。圖3是示出制造孔闌的方法的流程圖。圖4A-4E圖示圖3的加工步驟。圖5是示出制造孔闌的另一方法的流程圖。圖6A-6H圖示圖5的加工步驟。圖7示出根據圖3或圖5的步驟制作的孔闌條。圖8示出在其上制作與圖7所示類似的多個孔闌條的圓片的示例布局。具體實施方式現有技術的孔闌孔的檢查已揭示源于用于形成孔闌孔的方法（包括機械鉆削、激光燒蝕、FIB銑削、蝕刻或電火花加工(EDM)）的許多不規則性。這些不規則性包括從孔闌孔向外延伸的大的毛刺、孔闌側壁中的不規則性、側壁的不圓度以及垂掛（curtaining）(與射束軸大致平行的垂直凹槽和隆起)。申請人已研究了孔闌質量對帶電粒子束的質量的影響。在現有技術的鉬孔闌的側壁結構上觀察到的空隙和分靶區布野(patchfields)被認為導致穿過孔闌的帶電粒子（尤其是靠近孔闌側壁通過的帶電粒子）發生不合需要的偏轉。該偏轉引起虛源尺寸擴大，從而使襯底處的聚焦射束比它們在沒有這些孔闌壁影響的情況下大。圖2是現有技術的鉬孔闌200(在該示例中為矩形開口200)的顯微照片，以圖示各種不合需要的方面。該孔闌由薄的鉬片制成，所述薄的鉬片本身通過軋制燒結的鉬材料形成。燒結的鉬具有許多微晶粒和空腔，當軋制時，這些機結構被弄平，以形成孔闌的側壁中所示的層狀材料。分層204是可見的，從而導致材料內的空腔?？涨辉谛纬煽钻@孔的過程期間暴露，導致如所示的壁中的開口。另外，在孔闌形成過程期間還揭示了具有不同的功函數的“分靶區布野”206，這些分靶區布野如所示地在次級電子成像中顯得暗或亮。分靶區布野和空腔由于孔闌內和靠近孔闌的電場的感生局部微擾而對穿過孔闌的帶電粒子束可能具有有害的影響。此外，用于制造孔闌結構的有些現有技術的方法是昂貴的。如果孔闌條具有大的孔直徑范圍，則典型地需要在較小的孔的位置處形成沉孔或空腔，以將孔闌縱橫比(即，孔的長度與孔直徑的比率)典型地維持在0.5至2.0的范圍內，形成這些沉孔或空腔進一步提高孔闌條的成本。孔典型地被單獨形成(通過鉆削、激光燒蝕、FIB銑削、蝕刻或EDM)，并且制作過程是順序的(即，一次形成一個孔闌孔)。在典型的現有技術的制作序列中，孔闌孔直徑由在鉬的沉積之前的硅襯底中（而不是在沉積期間或之后的沉積鉬層中）蝕刻的孔110確定。該制作方法的缺點是鉬必需相對薄，以避免減小最終的孔闌開口尺寸。在射束將濺蝕孔闌材料的FIB系統中，薄的鉬層迅速劣化，導致短的孔闌壽命。本專利技術的優選實施例包括第一材料的襯底和不同于襯底材料的孔闌材料?？钻@材料的環繞孔的部分沒有由襯底直接支撐，也就是說，孔闌材料象鼓框上的鼓皮一樣懸置在襯底中的孔上。也就是說，在孔闌材料的開口部分下的襯底中存在空腔或孔。因此，孔闌開口由孔闌材料中的孔（而不是由襯底中的孔）限定。因此，孔闌材料的圖案形成（而不是襯底的圖案形成）確定孔闌開口。圖3是示出制造孔闌結構的第一優選制作方法的流程圖。圖4A-4圖示了圖3中的流程圖的步驟。在步驟302中，提供硅襯底。圖4A示出了初始的硅襯底410。硅襯底優選地為單晶半導體硅圓片。優選地，在兩面拋光硅圓片，以便促進平穩的層沉積以本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于帶電粒子束系統的孔闌結構，所述孔闌結構包括：襯底；孔闌材料，其由所述襯底支撐并具有孔闌開口限定部分，所述孔闌開口限定部分包括限定孔闌開口的孔；以及空腔，其位于所述孔闌開口限定部分下方的襯底材料中，使得孔闌由所述孔闌材料中的孔而不是由所述襯底中的所述空腔限定。

【技術特征摘要】
2011.11.07 US 61/556,6901.一種用于聚焦離子束系統的限束孔闌結構，所述限束孔闌結構包括：襯底，所述襯底包括半導體；由所述襯底的頂面支撐的導電層，所述導電層包含孔闌材料并具有孔闌開口限定部分，其中所述孔闌開口限定部分包括限定孔闌開口的孔并且所述孔闌材料包含導體；以及空腔，其位于所述孔闌開口限定部分下方的襯底材料中，所述孔闌開口的直徑小于所述空腔的直徑，使得所述孔闌材料懸置在所述襯底中的所述空腔上。2.根據權利要求1所述的限束孔闌結構，其中所述襯底包括硅，并且所述孔闌材料包括鉬、鎢、鈦、鉑、石墨或者導電金剛石。3.根據權利要求1所述的限束孔闌結構，其中所述襯底比所述孔闌開口限定部分厚10倍以上。4.根據權利要求1所述的限束孔闌結構，其中位于所述孔闌開口限定部分下方的襯底中的空腔的與襯底表面正交的最短的線性尺寸至少為所述孔闌開口的與所述襯底表面正交的最長的線性尺寸的10倍。5.根據權利要求1所述的限束孔闌結構，其中從所述襯底的材料到所述孔闌開口的最靠近的距離是所述孔闌開口的直徑的10倍。6.根據權利要求1所述的限束孔闌結構，其中所述導電層為第一導電層，并且進一步包含沉積在所述襯底的背面上的第二導電層，使得所述空腔的壁和所述孔闌開口限定部分的背面被涂布。7.一種限束孔闌條，包括在同一襯底上的至少兩個根據前述權利要求中的任一項所述的限束孔闌結構。8.一種聚焦離子束柱體，包括：離子源；聚焦柱體，其用于將離子聚焦成束，所述聚焦柱體包括根據權利要求1-6中任一項所述的限束孔闌結構的限束孔闌結構以確定束電流。9.一種聚焦離子束柱體，包括：離子源；以及聚焦柱體，其用于將離子聚焦成束，所述聚焦柱體包括根據權利要求7所述的限束孔闌條，其被定位成確定束電流。10.一種用于制作用于聚焦離子束系統的限束孔闌的方法，包括：將第一導電層沉積在襯底的頂面上；在所述襯底的底面上形成空腔，所述空腔使所述第一導電層的底面的一部分暴露；以及隨后在所述部分中形成孔，孔通向所述空腔，使得所述限束孔闌由所述第一導電層上的圖案確定而不是由所述空腔的尺寸確定。1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：NW帕克，MW烏特勞特，D塔格爾，J格雷厄姆，
申請(專利權)人：FEI公司，
類型：發明
國別省市：