聚焦離子束設備及其控制方法
2023-06-06 12:35:16 1
專利名稱：聚焦離子束設備及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種聚焦離子束設備及其控制方法，特別是涉及一種適用於垂直加工形成半導體元件或類似微細元件橫截面的聚焦離子束設備。
在過去的這類聚焦離子束設備中，如日本未審查專利出版物(KOKAI)H4-62748中所公開的那樣，為了保持試樣上形成的橫截面垂直，操作員需通過初步的實驗或模擬來探測預期的傾斜角，然後調整樣品臺的傾斜角度以消除這個角度。
圖6用圖示方式顯示了通常聚焦離子束設備的組成。照射到試樣上的離子束流密度具有高斯分布，而且如圖7中所示，加工區的側面不垂直，而是有一個角度α。此傾角α依賴於加工條件。造成這個傾角α的原因包括粒子束流密度和離子束孔徑直徑。離子束孔徑直徑由離子束引出電極2的離子束引出電壓控制，離子束引出電壓由發射控制迴路10控制。操作者先選擇加工方式，然後使用一個金屬板去調節離子束孔徑直徑，直到調到符合加工所需的直徑，最後調節試樣臺的傾斜角。如圖3所示，其結果消除了加工中出現的傾斜。
離子束髮生源是有限的，然而當使用時，獲取離子束逐漸變得越來越困難，而最終由於枯竭或其它原因而不能取出離子束。在聚焦離子束設備中，發射控制迴路10自動起到改變離子束流的作用，所以能獲得穩定的離子束流。因此，由於操作員很難始終調節引出電壓的變化，也就不能設計引出電壓。其結果就引起了一個問題不能執行所預期的加工工藝。
在上述現有技術設備中，操作員必須手工進行試樣臺傾斜角的調整和離子束孔徑直徑的調節。也正由於這個原因，會發生操作失誤，導致工作效率低下。
因此，本發明的目的是，通過特別提供一種新型的聚焦離子束設備及其控制方式來改善上述現有技術的缺點，使其能在試樣上形成規定角度的橫截面，特別是能形成相應的垂直橫截面。
本發明的另一個目的是提供一種即使在離子束引出電極電壓變化時也能始終穩定加工試樣的聚焦離子束設備及其控制方法。
為了實現上述目的，本發明有以下所述的基本技術組成具體地說，依據本發明的聚焦離子束設備的首要方面是一個帶離子源和離子束透鏡的聚焦離子束設備。透鏡使來源於上述離子源的離子束聚焦和偏轉，上述經聚焦和偏轉的離子束照射到位於試樣臺上的待加工試樣上，以便加工上述試樣；為便於以規定角度加工試樣的橫截面，此時上述試樣臺可發生傾斜。上述聚焦離子束設備包括對應於所述樣品臺的加工角度，設定離子束透鏡的離子束引出電極電壓的手段；及使所述試樣臺傾斜到規定角度的手段，此規定角度對應於所述試樣臺的加工角度，以便以規定角度加工出所述試樣的橫截面。
本發明的聚焦離子束設備的次要方面是提供了設定離子束透鏡的離子束孔徑直徑的手段，以對應於試樣臺的加工角度。
本發明的聚焦離子束設備的第三個方面包括一個離子源和離子束透鏡。通過透鏡，使來源於離子源的離子束聚焦並偏轉。為便於加工樣品，經聚焦和偏轉的離子束照射到試樣臺上待加工的試樣上。為便於以規定角度加工出試樣的橫截面，此時可傾斜樣品臺。本設備還含有以下三個手段第一手段基於試樣臺的加工角度，設定了上述離子束透鏡的離子束引出電極電壓；第二手段基於試樣臺的加工角度設定了上述離子透鏡的離子束孔徑直徑；第三手段基於試樣臺的加工角度使試樣臺以一規定角度傾斜。
本發明的聚焦離子束設備的第四個方面含有一個離子源和離子束透鏡，透鏡使來源於離子源的離子束聚焦和偏轉，經聚焦和偏轉的離子束照射到待加工試樣上，以便加工試樣。在此設備中，提供了在離子束透鏡的偏轉迴路中設定偏轉電壓和離子束軸的手段。此電壓對應於試樣臺的加工角度。考慮到試樣臺，離子束軸偏轉到一規定的角度以利於加工試樣。
依據本發明，一種控制聚焦離子束方法的首要方面是控制聚焦離子束設備的方法。此設備含離子源和能聚焦並偏轉源於離子源的離子束的透鏡。其中經聚焦和偏轉的離子束照射到試樣臺上的待加工試樣上，以便於加工試樣。為便於在規定角度加工試樣的橫截面，此時可傾斜試樣臺。此方法中，基於試樣臺的加工角度，設定了離子束透鏡的離子束孔徑直徑和離子束透鏡離子束引出電極電壓；而且基於試樣臺的加工角度，使試樣臺傾斜到規定角度。結果，能以規定角度加工上述橫截面。
本發明中的控制聚焦離子束方法的次要方面，是控制聚焦離子束設備的方法。此設備含離子源和能聚焦並偏轉來源於離子束的離子束透鏡。其中經聚焦和偏轉的離子束照射到試樣臺上待加工的試樣上，以便於加工試樣。設定了離子束透鏡的偏轉迴路的偏轉電壓，並相應於試樣臺的加工角度使離子束軸相對於試樣臺偏轉一角度，以便於在規定角度加工試樣的橫截面。
依據本發明，控制離子束聚焦電極的電壓以便即使離子束引出電極發生了變化，加工條件也長時間穩定。
圖1是依據本發明的聚焦離子束設備的操作圖；圖2是依據本發明的聚焦離子束設備的方框圖；圖3是顯示試樣臺發生傾斜和垂直加工試樣時的情形的圖；圖4是本發明另一個實施例的示意圖；圖5是圖4的加工情形的橫截面圖；圖6是以前聚焦離子束設備的方框圖；圖7是現有技術的加工情形的示意圖。
下面結合附圖詳細描述本發明的聚焦離子束設備和控制方法的最佳實施例。
圖1說明了本發明中聚焦離子束設備的操作，圖2是本發明的實施例的方框圖。
上述各圖示出聚焦離子束設備含有離子源1和離子束透鏡M，透鏡M使來源於離子源1的離子束16聚焦和偏轉；經聚焦和偏轉的離子束16被照射到試樣7上，被加工的試樣7位於試樣臺8上。為便於在規定角度加工試樣7的橫截面，試樣臺8可以傾斜。本設備還含有在離子束透鏡M的離子束引出電極2上設定電壓的手段21，此電壓對應於試樣臺8的加工角度；並且含有造成試樣臺8傾斜到規定角度的手段23，此角度對應於試樣臺8的加工角度。因此我們能以規定角度加工試樣7的橫截面。
電壓設定手段21包括設定離子束透鏡M的離子束孔徑直徑的手段，它對應於試樣臺8的加工角度。
下面更詳細地闡述本發明。
圖中，參考數字1代表離子源，2是離子束引出電極，3是靜電透鏡，4是離子束孔徑電極，5是偏轉電極，6是靜電透鏡。離子源1，離子束引出電極2，靜電透鏡3，離子束孔徑電極4，偏轉電極5和靜電透鏡6沿朝試樣臺8的方向依次排列。
離子源1由離子源控制迴路9控制，離子束引出電極2由發射控制迴路10控制，離子束孔徑電極4由離子束孔徑控制迴路11控制，以便於控制離子束孔徑直徑。偏轉電極5由偏轉控制迴路12控制，靜電透鏡6由透鏡控制迴路13控制。基於來自中央控制迴路15的命令，離子源控制迴路9，發射控制迴路10，離子束孔徑控制迴路11，偏轉控制迴路12，和透鏡控制迴路13即可得到控制。
基於來自中央控制迴路15的命令，所提供的手段23使試樣臺傾斜到規定的角度。通過試樣臺控制迴路14和傾斜手段23，能使試樣臺8傾斜到規定角度α。這樣放在試樣臺8上的試樣7的橫截面能被垂直加工。
尤其是，在本發明中，在中央控制迴路15中提供了轉換表21。此表在離子束孔徑直徑和離子束引出電極基礎上—前者由離子束孔徑控制迴路11控制，後者由發射控制迴路10控制—設定了試樣臺的傾斜角α。當離子束引出電極2的電壓和離子束孔徑直徑被設定時，中央控制迴路15向試樣臺控制迴路14輸送傾斜角數據。試樣臺控制迴路14使試樣臺8以規定角度傾斜。所以本發明的聚焦離子束設備能垂直加工試樣7的橫截面。
本發明的聚焦離子束設備中，可通過控制透鏡控制迴路13來改變束流密度。有可能在適於加工的加工模式和適於觀察的觀察模式之間作出選擇。其結果是，本發明應用於加工模式。
因此，在加工模式下，當設定電流密度和設定傾斜角α(步驟S1)時，從轉換表21存取離子束引出電極2的引出電壓和離子束孔徑直徑，並調節離子束透鏡M(步驟S2)，然後把傾斜角數據送入試樣臺控制迴路14(步驟S3)，使試樣臺8傾斜到規定的角度α(步驟S4)。
因此，即使離子束引出電極2的電壓在加工過程中發生變化，由於離子束孔徑電極4的電壓自動地變化以便於保持設定的傾斜角，即使離子束孔徑直徑和上述的電極2的電壓變化了，也能連續穩定地加工工件。
以上的描述是對於這樣的一個情況從試樣臺的傾斜角來設定離子束引出電壓和離子束孔徑直徑。也可能從離子束引出電壓和離子束孔徑直徑來反方向設定試樣臺的傾斜角度，並引起試樣臺傾斜到如此設定的傾斜角度。
圖4和圖5示出了本發明的另一個實施例，其中提供了手段22，由此設定了對應於試樣臺8的加工角度的偏轉電極5的偏轉電壓。
也就是說，在加工模式下，當設定傾斜度α(步驟S11)時，從轉換表設定偏轉電極5的偏轉電壓值(步驟S12)，它用於調節離子束透鏡M(步驟S13)，使離子束16的軸以規定角度傾斜(步驟S14)。通過這些步驟，如圖5所示，試樣臺8上試樣7的橫截面被垂直加工。
由於上述構造的優點，本發明中的聚焦離子束設備不斷地監視離子源的狀態，而且由於這種狀態是在加工狀態下被反映出來的，因此本聚焦離子束設備可以進行穩定的加工。
另外，由於操作員沒有介入離子束和樣品間相關角度的一系列操作，減少了操作員的失誤，從而提高了工作效率。
權利要求
1.一種具有離子源和離子束透鏡的聚焦離子束設備，該透鏡使源於所述離子源的離子束聚焦和偏轉，所述經聚焦和偏轉的離子束照射到位於試樣臺上的待測試樣上以便於加工上述試樣，為便於在規定角度加工試樣的橫截面，此時可傾斜上述試樣臺，所述聚焦離子束設備包括相應於所述試樣臺加工角度設定所述離子束透鏡的離子束引出電極電壓的手段，以及相應於試樣臺的所述加工角度使所述試樣臺傾斜規定角度的手段，以便在規定角度加工所述試樣的橫截面。
2.按照權利要求1所述的聚焦離子束設備，其特徵在於它包括相應於所述試樣臺的加工角度用於設定所述離子束透鏡的離子束孔徑直徑的手段。
3.一種具有離子源和離子束透鏡的聚焦離子束設備，該透鏡使源於所述離子源的離子束聚焦和偏轉，所述經聚焦和偏轉的離子束照射到位於試樣臺上待測的試樣上，以便於加工上述試樣，為便於在規定角度加工試樣的橫截面，此時可傾斜上述試樣臺，所述聚焦離子束設備包括基於所述試樣臺加工角度設定所述離子束透鏡的離子束引出電極電壓的第一手段；基於所述試樣臺加工角度設定所述離子束透鏡的離子束孔徑直徑的第二手段；以及基於所述試樣臺加工角度使所述試樣臺傾斜規定角度的第三手段。
4.一種具有離子源和離子束透鏡的聚焦離子束設備，該透鏡使源於所述離子源的離子束聚焦和偏轉，其中所述經聚焦和偏轉的離子束照射到位於試樣臺上待測的試樣上，以便於加工上述試樣，所述設備還包括相應於所述試樣的加工角度設定所述離子束透鏡的偏轉迴路的偏轉電壓的手段，由此當加工所述試樣時，所述離子束軸相對於所述試樣臺偏轉一規定角度。
5.一種控制具有離子源和離子束透鏡的聚焦離子束設備的方法，該透鏡使源於所述離子源的離子束聚焦和偏轉，所述經聚焦和偏轉的離子束照射到位於試樣臺上的待測試樣上以便於加工所述試樣，為便於在規定角度加工試樣的橫截面，此時可傾斜上述試樣臺，其中，所述方法基於所述樣品臺加工角度設定所述離子束透鏡的離子束孔徑直徑及所述離子束透鏡的離子束引出電極電壓，並基於所述試樣臺加工角度，使試樣臺以規定角度傾斜，以便於以規定角度加工所述試樣橫截面。
6.一種控制具有離子源和離子束透鏡的聚焦離子束設備的方法，該透鏡使源於所述離子源的離子束聚焦和偏轉，所述經聚焦和偏轉的離子束照射到位於試樣臺上的待測試樣上以便於加工上述試樣，其中所述方法相應於所述試樣臺的加工角度設定所述離子束透鏡的偏轉迴路的偏轉電壓，並相對於所述試樣臺使所述離子束軸偏轉，以便於在規定角度加工所述試樣的橫截面。
全文摘要
一種聚焦離子束設備具有離子源1和離子束透鏡M，透鏡使源於離子源1的離子束16聚焦和偏轉，為便於加工試樣7，經聚焦和偏轉的離子束16照射到位於試樣臺8的待測試樣7上，此時使試樣臺8傾斜以便在規定角度加工試樣7的橫截面。此設備還包括相應於試樣臺加工角度設定離子束引出電極2電壓的手段21和相應於試樣臺加工角度使試樣臺8傾斜規定角度的手段23，由此能以規定角度加工上述橫截面。
文檔編號H01J37/30GK1227961SQ99102770
公開日1999年9月8日 申請日期1999年3月2日 優先權日1998年3月2日
發明者柴田博文 申請人:日本電氣株式會社