专利名称：用于改进fib模制的模式修改方案的制作方法
技术领域：
本发明涉及带电粒子束系统，诸如聚焦离子束系统和电子束系统，更具体地涉及校正伴随具有短停顿时间和/或低着陆能量的射束出现的行程时间误差。
背景技术：
诸如聚焦离子束系统和电子束系统之类的带电粒子束将带电粒子引导到工件上， 以便例如通过铣削或者形成工件的图像来对所述工件进行处理。带电粒子束系统例如被用于集成电路制造和其他纳米技术处理中。带电粒子束系统通常包括粒子源、射束熄灭装置、加速透镜、聚焦光学装置以及偏转光学装置。带电粒子源例如可以是液体金属离子源、等离子体离子源或者诸如肖特基发射体之类的热场电子发射体。射束熄灭装置通过将射束引导离开工件并且引导到固体停止材料中而中断射束。聚焦光学装置将射束聚焦到样品表面上的一点或预定义形状中。聚焦光学装置通常包括聚光透镜与物镜的组合。所述透镜可以是静电的、磁性的或者二者的各种组合。 比如光透镜之类的带电粒子透镜具有像差，所述像差使得难以聚焦带电粒子以形成清晰图像。所述像差对于穿过透镜中心的带电粒子来说是最小的，并且所述像差随着与透镜中心的距离增大而增大。因此，期望带电粒子束在非常靠近透镜中心处穿过。一种类型的像差被称作“射束相互作用”，其发生原因是射束中的粒子全部具有相同的电荷，从而彼此排斥。 粒子彼此越靠近，排斥力就越大。由于粒子通常在穿过物镜之后会聚，因此期望将物镜定位成尽可能靠近工件，以便缩短在紧密射束中聚焦粒子的时间。物镜与工件之间的距离被称作“工作距离”。偏转光学装置将射束引导向工件表面上的被称作“停顿点”或“像素”的各点。例如，所述射束可以以光栅模式、以蛇形模式或者朝向个别点的任意序列被引导。射束通常将在一点处停顿指定时间段(被称作“停顿时间段”)，以便递送指定“剂量”的带电粒子，并且随后被偏转到下一个停顿点。停顿时间段的持续时间被称作“停顿时间”或“像素速率”。 (虽然像素“速率”更适当地指代每秒钟扫描的像素数，但是该术语有时也被用来表明射束保持在每一个像素处的时间。)偏转光学装置可以是磁性的或静电的。在聚焦离子束系统中，偏转光学装置通常是静电的。用于聚焦离子束的静电偏转器通常是八极装置，也就是说每一个偏转器包括围绕圆的圆周分布的八块平板。对所述八块平板施加不同的电压，以便在不同方向上将射束偏转离开光轴。如果所述偏转器被放置在物镜下方，则射束可以穿过物镜的中心从而最小化像差。这样的配置例如被用在由作为本发明受让人的FElCompany出售的一些VisION系统中。然而将偏转器放置在物镜下方会增大工作距离，从而增大射束像差。为了最小化工作距离，可以将所述偏转器放置在物镜上方。然而对于透镜上方的偏转器，当射束被偏转时，其从透镜中心移开，从而增大特定像差。为了解决这一问题，许多聚焦离子束系统使用如图ι中所示的透镜前两级偏转器100来将射束102从光轴104偏转。 第一级110将射束102偏转到光轴104的一侧，而第二偏转器114将射束偏转回到光轴104 的另一侧，从而使得射束102穿过物镜120的中心，但是其角度使得射束被偏转到在它冲击工件122时处于正确的位置。通常对偏转器的两级都施加相同量值的电压以便实现所期望的偏转。带电粒子束通过向工件上的精确位置递送所计算数目的粒子来处理工件。每一个粒子导致工件中的改变以及次级粒子的喷射。为了精确地控制所述处理，不管是用于铣削还是用于成像，人们必须控制冲击表面上的每一点的粒子数目。随着由带电粒子束处理的工件的特征变得越来越小，带电粒子束必须能够向工件表面上的每一个小点更精确地递送受控数目的带电粒子。这种精确控制需要能够从像素到像素快速移动射束同时向每一个像素递送正确剂量的粒子的偏转器。由于典型的透镜前偏转器中的两个偏转器(被称作上方八极装置和下方八极装置)分开通常为许多毫米的距离，因此出现显著的问题。由于FIB离子(诸如镓离子)的质量相对大，因此与短的模制(pattering)停顿时间相比，离子行经偏转器之间的距离所花费的时间不可忽略。作为结果，当被施加到偏转器系统的信号被改变以将射束从第一停顿点引导向第二停顿点时，在电压改变时(上方八极装置)已经穿过所述偏转系统的一部分的带电粒子在下方八极装置处将不会接收到正确的力。这将导致带电粒子被引导向除了第一或第二停顿点之外的点。随着停顿时间段变得更短，电压改变变得更加频繁，并且在电压改变期间正行经所述偏转系统的粒子数目增大，因此更多粒子被错误引导，从而使得不可能精确地处理工件。如果对两个偏转器都施加相同的波形，则由于离子从一个偏转器行进到另一个偏转器所花费的行程时间(TOF)，将会有“定时误差”。这导致自身通常表现为过冲效应的模制误差。所述模制误差在较低着陆能量和短停顿时间下特别明显。图2示出了射束能量为 SkV并且停顿时间为300纳秒的聚焦离子束系统的铣削路径202。线204示出了意定射束路径。无论射束在哪里改变方向，都可以清楚地看到显著的过冲效应。这些类型的模制误差对于电路编辑和射束化学应用来说特别成问题。例如，在许多电路编辑应用中，非常紧密的几何结构涉及小的误差空间。此外，对于所涉及的必要的高长宽比铣削常常需要气体辅助蚀刻。在使用气体辅助蚀刻时，需要短停顿时间来避免在特定位置处耗尽蚀刻气体(且所得到的铣削性能降低)。由于在电路编辑中所涉及到的低容差，在所期望的射束路径之外的铣削(如图2中所示)可能导致破坏重要的电路特征。在授予Hill 等人的美国专利号 7，569，841 “Deflection Signal Compensation for Charged Particle Beam”中描述了一种用于应对行程时间定时误差的技术，该专利被转让给本申请的受让人并且被合并在此以作参考。Hill描述了一种涉及把施加到两个偏转器系统的偏转信号的定时延迟一定数量的方案，所述一定数量与偏转器之间的传播时间有关。这种方法工作得相当好，但是其缺陷在于需要额外的放大器组(通常有八个输出)来驱动额外的偏转器以及需要生成偏转信号的经时间延迟的版本的装置。所述额外的放大器组导致额外的偏转噪声以及给离子束系统增加了额外的成本和复杂度。因此，需要一种避免现有技术的这些问题的校正TOF误差的改进方法。
发明内容
本发明的一个目的是改进带电粒子束系统将粒子精确地引导向工件的能力。随着对于带电粒子束处理中的精度的需求增大，在精确控制射束方面，带电粒子移过带电粒子束系统所需的时间变为重要的因素。例如，当施加到偏转器系统的信号被改变以便把射束从第一停顿点引导向第二停顿点时，在电压改变时已经穿过所述偏转系统的一部分的带电粒子将不会接收到正确的力以使它们偏转到第一或第二停顿点。随着停顿时间段变得更短，电压改变变得更加频繁，并且在电压改变期间正行经所述偏转系统的粒子数目增大，因此更多粒子被错误引导，从而使得不可能精确地处理工件。本发明通过更改一个或更多偏转器信号来补偿带电粒子行经所述系统所需的时间。根据本发明的一个实施例，在数字到模拟(D/A)转换之前对扫描模式应用数字滤波器， 以便减小或消除可能由TOF误差引起的过冲效应。在其他实施例中，模拟滤波器或者对于具有较低带宽的信号放大器的使用也可以被用来补偿TOF误差。通过更改扫描模式，可以显著减小或消除过冲效应。前面相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优点，从而可以更好地理解下面的对本发明的详细描述。在下文中将描述本发明的附加特征和优点。本领域技术人员应当认识至IJ，所公开的概念和具体实施例可以容易被用作修改或设计用于实施本发明相同的目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应当认识到，这样的等效构造不会背离如在所附权利要求书中阐述的本发明的精神和范围。
为了更加透彻地理解本发明及其优点，现在将参照结合附图所做的以下描述，在附图中图1示出了用于聚焦离子束系统的典型两级偏转器；图2示出了针对现有技术聚焦离子束系统的实际和编程铣削路径；图3示出了针对30kV着陆能量下的组合八极装置偏转系统的偏转幅度灵敏度与频率(Hz)的关系曲线图；图4示出了针对2kV着陆能量下的组合八极装置偏转系统的偏转幅度灵敏度与频率(Hz)的关系曲线图；图5是适用于实践本发明的单极数字滤波器的图示；图6示出了针对具有SkV着陆能量的FIB系统的偏转幅度与时间的关系曲线图；图7示出了根据本发明的优选实施例的滤波方案的流程图；图8示出了具有300纳秒停顿时间的铣削模式到具有25纳秒粒度的信号的转换；图9是偏转幅度灵敏度与频率的关系曲线图，示出了针对组合八极装置的DC响应以及在应用了根据本发明的一个实施例的数字滤波器之后的信号响应；图IOA示出了针对具有SkV射束能量和300纳秒停顿时间的现有技术聚焦离子束系统的铣削路径；
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图IOB示出了针对图IOA的聚焦离子束系统的铣削路径，其中在扫描模式生成之前对目标波形应用数字滤波器；图IlA到IlD示出了使用不同滤波器频率的用于聚焦离子束系统的测试模式；图12是偏转幅度灵敏度与频率的关系曲线图，示出了根据本发明的优选实施例的数字陷波滤波器的应用；以及图13是偏转幅度灵敏度与频率的关系曲线图，示出了使用根据本发明的优选实施例的具有IMHz带宽的有限放大器的效应；附图不意图是按比例绘制的。在附图中，在各图中所示出的每一个完全相同或几乎完全相同的组件由相同的附图标记表示。为了清楚起见，可能未在每一幅图中标记出每一个组件。
具体实施例方式本发明的实施例使用滤波器来减小针对所期望的扫描模式的行程时间(TOF)效应。优选地，在数字到模拟(D/A)转换之前对扫描模式应用数字滤波器，以便减小或消除可能由TOF误差引起的过冲效应。在其他实施例中，模拟滤波器或者对具有较低带宽的信号放大器的使用也可以被用来补偿TOF误差。本发明便于在具有可引导射束的带电粒子束系统中精确地递送带电粒子，并且在所述系统正快速改变射束位置时(也就是在使用短停顿时间时)或者在射束具有较低着陆能量(也就是在离子正较慢移动因此花费更长时间来行进经过偏转器时)时特别有用。应当提到的是，使用极高质量离子(例如5(e)的离子镜筒对于这里所描述的TOF伪信号将具有成比例地更大的问题。本发明的一种优选方法或设备具有许多新颖方面，并且由于本发明可以被体现在用于不同目的的不同方法或设备中，因此在每一个实施例中不需要存在每一个方面。此外， 所描述的实施例的许多方面可以单独可取得专利权。虽然本描述大部分是针对使用诸如镓离子之类的离子的聚焦离子束系统，但是优选的实施例还将适用于使用其他类型的离子或其他类型的带电粒子的带电粒子束系统(包括电子束系统)。在现有技术偏转系统，诸如图1中所示的两级偏转器中，通过同时改变两个偏转级上的电压来把射束移动到不同的像素。然而由于粒子穿过所述偏转系统会花费有限的时间量，因此在电压改变正发生时将会有粒子处在所述系统内。这些粒子将接收到适于一个像素的偏转力的一部分以及适于下一个像素的偏转的一部分。由于两级偏转器的十字形 (criss-cross)设计，在所述过渡期间穿过所述偏转系统的粒子通常将不会冲击在两个像素之间的一点处，而是将冲击在另外的某一点处。作为结果，当频率足够高从而离子经过偏转器的传播时间与针对驱动波形的时间段类似时，偏转器不良地响应。这导致其自身通常表现为如图2中所示的过冲效应的模制误差。使得这里所描述的方法适用的关键认识是以下知识可以使用频率分析方法通过系统性方式对TOF伪信号进行建模。在如上所述的典型的透镜前双偏转系统中，为了避免与偏转相关联的大光学像差，以如下方式操作所述双偏转器使得所述双偏转系统的有效枢轴点近似处在最终的聚焦透镜(U)的透镜平面处。这通常是通过被配置成交叉连线方式以生成相反偏转的上方和下方八极装置而实现的，其中下方八极装置具有略微多于2X 的偏转灵敏度并且(一个或多个)间距和长度被设置成有效偏转枢轴点处在所期望的位置中。考虑正行经长度为L、间隙为W的双极偏转器的、速度为Vztl、质量为m的单个带电离子，其中w是2*pi*频率(pi = 3. 141592...)。现在考虑按照对称的方式施加幅度为
FosinO^+φ)的正弦波电压，从而使得每当在一块平板上施加电压时，就对另一块平板施
加相反的电压。所述离子上的力可以表示为
dvvIqV,, cos(v^i)= αγ =、^ dt m>N如果任意地假设电子在时间、进入偏转器，则在传播时间、离子离开所述双极装置时的离子上的y速度恰好是
'7。^ -Z^V0Sin(Wi1) ,,, -2qV0 Sinjwtl 土 ny0) IqV0 sinp^p)、=(M= wmW=-^-+ WmiVV
(W01Vv(Z0) = — -^jl [sin(wi。) — sin(Ht1 + Wtlj)]
V wA miw J令 t0 = t
(1 YIaVn \1 ( ι Y2qV(i \ . - Wt1 N ,Iwt wt, λ
1V w入 OTi W/^ w \ ITIjW J22 2
sin -L
, V 2 J 2wt wt,、VvU) = k ”^cos(—- + —
Wtl I2 2
V 2 j所偏转的角度被给出为
V (t)Ταη(θ)=—-
ν=0
Vv (0θ 一^对于较小的θ
ν=ο并且如果我们假设在偏转器之后的物镜的焦距非常接近从透镜到像平面的距离 (接近平行的射线进入它)，则对于的焦距，像平面(样品)处的位移恰好是、’ - J1O - f, 对于较小的 θ因此
f-wij ^
sin --
,^ . I 2 J ,2 wt wt,..、'⑴=、fwi\yCQS(—-f-^)余弦项具有所有的时间相关性。偏转器的相位响应和偏转响应的幅度恰好是
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权利要求
1.一种在带电粒子束系统中引导带电粒子束的方法，包括为带电粒子束选择所期望的扫描模式，针对带电粒子束的扫描模式是通过对偏转器系统中的至少一个偏转器平板施加至少第一电压和第二电压而产生的；修改所期望的扫描模式，以便补偿当所施加的电压从第一电压改变到第二电压时由正传播经过带电粒子束系统的带电粒子所引起的行程时间误差；将经修改的模式转换到模拟信号；将所述模拟信号施加到偏转器系统，以便引导带电粒子束。
2.权利要求1的方法，其中，修改所期望的扫描模式包括对所期望的扫描模式应用数字滤波器。
3.权利要求2的方法，其中，对所期望的扫描模式应用数字滤波器包括选择减小偏转器信号频率响应的幅度中的峰化的数字滤波器。
4.权利要求2的方法，其中，所述数字滤波器是单极递归低通滤波器。
5.权利要求2的方法，其中，所述数字滤波器是陷波滤波器。
6.权利要求2的方法，其中，应用所述数字滤波器减小了当射束方向改变时的带电粒子束的过冲。
7.权利要求2的方法，其中，应用所述数字滤波器包括应用数字滤波器以便使将被发送到偏转器系统的模拟信号的频率响应变平。
8.权利要求1的方法，其中，修改所期望的扫描模式包括对所期望的扫描模式应用模拟滤波器。
9.权利要求1的方法，其中，修改所期望的扫描模式包括计算由行程时间误差引起的预计射束偏差，将所期望的扫描模式与所预测的扫描模式进行比较以便产生误差轨迹，以及使用误差轨迹来修改所期望的扫描模式。
10.权利要求1的方法，其中，修改所期望的扫描模式包括执行快速傅里叶变换(FFT) 计算以便将所期望的扫描模式转换成频域表示，基于已知的不完美的频率响应来导出理想的频率响应校正，将所述校正乘以所述频域表示，以及经由逆FFT计算对经修改的频域表示进行转换以便产生经修改的扫描模式。
11.权利要求1的方法，其中，将所述模拟信号施加到偏转器系统以便引导带电粒子束包括将所述模拟信号施加到偏转器系统，以便引导带电粒子束在样品上铣削所期望的模式。
12.权利要求1的方法，其中，将所述模拟信号施加到偏转器系统以便引导带电粒子束包括将所述模拟信号施加到偏转器系统，以便引导带电粒子束按照所期望的模式在样品上沉积材料。
13.权利要求1的方法，其中，应用数字滤波器包括实时地应用数字滤波器。
14.权利要求1的方法，其中，所述数字滤波器是符合等式y(n) = b0x (η)-alY (η-1)的单极滤波器，其中x(n)是信号输入，y(n)是信号输出，并且％和k是被选择成具有一定带宽的滤波器系数，所述一定带宽将减小两条或更多条组合偏转器曲线的频率响应中的峰值。
15.权利要求1的方法，其中，所述带电粒子束具有小于30kV的着陆能量。
16.权利要求1的方法，其中，所述带电粒子束具有小于300纳秒的停顿时间。
17.—种在带电粒子束系统中引导带电粒子束的方法，包括选择射束着陆能量和所期望的扫描模式，所期望的扫描模式具有信号频率；确定针对带电粒子束偏转器的偏转器幅度与针对所选射束着陆能量的信号频率之间的关系；定位偏转器幅度中的将在给定频率范围内扫描射束的情况下导致过冲误差的峰值；修改所期望的扫描模式以便减小偏转器幅度中的峰值；以及使用经修改的扫描模式来控制带电粒子束的位置。
18.权利要求17的方法，其中，修改所期望的扫描模式以便减小偏转器幅度中的峰值包括在将所期望的扫描模式转换到将被用来引导带电粒子束系统的偏转器系统的模拟信号之前，对所述模式应用数字滤波器。
19.权利要求17的方法，其中，修改所期望的扫描模式以便减小偏转器幅度中的峰值包括选择放大器来将所期望的扫描模式转换成模拟信号，所述放大器具有一定带宽，从而使得在其中出现将导致过冲误差的偏转器幅度中的峰值的频率范围内减小信号增益。
20.权利要求19的方法，其中，所述放大器具有可选带宽滤波器。
21.权利要求19的方法，还包括在将所期望的扫描模式转换到将被用来引导带电粒子束系统的偏转器系统的模拟信号之前，对所述模式应用数字滤波器。
22.—种在带电粒子束系统中引导带电粒子束的方法，包括选择所期望的扫描模式以便使用带电粒子束进行铣削；对所期望的扫描模式的信号应用滤波器；将经滤波的信号转换到模拟信号；将所述模拟信号施加到偏转器系统的一个或更多平板，以便控制带电粒子束的位置。
23.权利要求22的方法，其中，所述滤波器是数字滤波器。
24.权利要求23的方法，其中，所述数字滤波器是单极低通滤波器，并且其中应用所述滤波器包括使用所述单极低通滤波器来使将被施加到偏转器系统的信号的频率响应变平。
25.一种用于精确地减小带电粒子束放置中的行程时间误差的设备，包括粒子束镜筒，用于产生带电粒子束以便处理样品；偏转器系统，用于控制带电粒子束的位置；以及存储计算机指令的计算机可读存储器，所述指令包括用于控制所述设备并且使得所述设备实施权利要求1的步骤的程序。
全文摘要
一种引导带电粒子束的改进方法通过更改一个或更多偏转器信号来补偿带电粒子行经所述系统所需的时间。根据本发明的一个实施例，在数字到模拟(D/A)转换之前对扫描模式应用数字滤波器，以便减小或消除可能由TOF误差引起的过冲效应。在其他实施例中，模拟滤波器或者对具有较低带宽的信号放大器的使用也可以被用来补偿TOF误差。通过更改扫描模式，可以显著减小或消除过冲效应。
文档编号H01J37/04GK102484026SQ201080038384
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者C·S·库伊曼, G·米罗, H·J·d·沃斯, T·米勒 申请人:Fei公司