加工物体的方法

专利名称：加工物体的方法
技术领域：
本发明涉及一种使用粒子束加工物体的方法。
背景技术：
一种系统可被用以加工小型化物体，该系统包括电子束柱和离子束柱，电子束柱和离子束柱的主轴彼此成角度延伸并与公共工作区域相交。这里，电子束柱被操作为电子显微镜以获得要被加工的物体的表面图像。基于所获得的图像来确定物体表面上要被加工的位置。然后使用离子束柱产生的离子束执行加工。离子束可以从物体表面移除材料，其中适当的加工气体可被施加到该表面。加工气体通过离子束被激活并引起蚀刻工艺。这种方法通常称为离子束铣削(milling)或者离子束辅助蚀刻。也可使用离子束在物体表面沉积材料。在这样的工艺中，适当的加工气体被施加到物体表面，并且离子束激活该加工气体从而触发沉积工艺。这种方法通常称为离子束沉积。采用这种系统以从物体表面移除材料的一个示例是制造小型化装置的截面从而获取装置的结构或者确定装置结构中的误差。为了制造装置的截面表面，离子束定向为几乎平行于被制造的截面表面，且由于离子束的作用材料不断地从截面表面被移除。通过将截面表面定向为垂直于电子束柱的主轴并记录截面表面的电子显微图像，使用电子显微镜可监控移除材料的工艺。基于图像能够确定材料的移除是否达到期望的深度或者是否需要移除附加的材料。如果需要进一步移除材料，样品被再次定位以使截面表面几乎平行于离子束，并且使用离子束执行进一步的加工。对较大的物体应用这种方法允许相对于所述物体、相对于所述离子束柱以及相对于电子束柱制造仅具有有限的定位范围的截面表面。在文章“Geometric Compensation of Focused Ion Beam Machining Using Image Processing”，von Hiwon Lee et al.，Applied Physics Express 1(2008)中描述了其中可使用上述系统的另外的方法。该方法包括使用离子束在物体内制作具有预定矩形横截面的沟槽。实际上，由于被溅射材料的再沉积，制造的沟槽的横截面会偏离期望的横截面。该文章描述了一种可能性，即产生根据第一种方法制造的沟槽的横截面并且从这样的横截面确定需要移除更多或是更少的材料的那些区域。基于这些信息，在下一步的校正方法中校正沟槽上的离子束强度的分布。由于在校正方法中从所制造的沟槽产生横截面，其中基于此横截面来确定用于再下一步校正方法的进一步校正，因此这种加工可以重复执行。如果方法已被充分校正，则其可用于在相同的物体材料中制造具有相同的几何形状的多个沟槽。这种工艺是耗时的，并且总是不能达到希望的效果。

发明内容
考虑到上述问题，实施本发明。本发明的目的在于提供一种物体的加工方法，其中可使用粒子束制造具有期望形状的物体表面。
根据某些实施例，一种物体的加工方法包括在物体表面上扫描粒子束，以及探测由于扫描而从物体逸出的电子；基于所探测的电子，对物体表面上的多个位置中的每一个确定物体的表面与预定表面的高度差；基于确定的高度差，对物体表面上的多个位置中的每一个确定加工强度；以及基于确定的加工强度，引导粒子束到多个位置，从而在多个位置上从物体移除材料或者在物体上沉积材料。由于扫描而从物体逸出的电子是由于粒子束的粒子入射到物体上而从物体释放的那些电子。在入射到物体上的粒子束是电子束的实施例中，由于扫描而从物体逸出的电子例如包括二次电子以及背散射电子。根据多种不同的方法可调节用于物体表面的多个位置的加工强度。例如，粒子束的束流可随着位置而改变，从而根据测定按需要调节加工强度。根据另一个示例，粒子束的停留时间随着位置而改变，从而根据测定按需要调节加工强度。这里，停留时间是指粒子束在同一位置维持不动从而在该位置加工物体的表面的持续时间。在停留时间结束时，粒子束被引导到随后的位置。根据又一个示例，粒子束的粒子的动能可随着位置而改变，从而根据测定按需要调节加工强度。确定加工强度的多种属性(诸如束流、停留时间和束能量)的变化可以是显著的，这是因为在物体的表面至少存在一对位置，在这对位置之间各个属性的变化例如大于 10%。根据示范性实施例，用于扫描的粒子束是离子束，且用于移除和/或沉积材料的粒子束也是离子束。这里，用于扫描的离子束和用于移除和/或沉积材料的离子束由同一离子束柱产生或者由不同的离子束柱产生。根据另一示范性实施例，用于扫描的粒子束是电子束，用于移除和/或沉积材料的粒子束也是电子束。这里，用于扫描的电子束和用于移除和/或沉积材料的电子束可以由同一电子束柱产生或者由不同的电子束柱产生。根据又一个示范性实施例，用于扫描的粒子束是由电子束柱产生的电子束，用于移除和/或沉积材料的粒子束是由离子束柱产生的离子束。根据这里的一些实施例，从在物体表面上扫描电子束到将离子束引导到物体的多个位置之间，物体相对于离子束柱的定向没有改变，或者从在物体表面上扫描电子束到将离子束引导到物体的多个位置之间，所述定向仅小量地改变。根据这里的示范性实施例，小量地改变定向包括以一角度改变定向，该角度小于电子束柱的主轴与离子束柱的主轴之间的角度的一半。根据另外的示例，物体的定向被改变的角度小于电子束柱的主轴与离子束柱的主轴之间的角度的三分之一、五分之一或者十分之一。根据示范性实施例，加工物体的方法包括将物体同时定位在电子束柱的工作区域中以及离子束柱的工作区域中。使用电子束柱产生的电子束扫描物体的表面以及探测由于扫描引起的电子。以至少两个角度配置执行这样的扫描和探测。然后，基于在扫描和探测时产生的探测信号，离子束被引导到物体的表面上的位置，从而在那些位置从物体的表面移除材料。在上述传统方法中，离子束被定向为基本平行于要用离子束加工的表面。如果此表面要使用电子束柱检测，则该表面必须定向为基本垂直于电子束柱的主轴，从而获得该表面的高分辨率的电子显微图像。然而，在这种配置中，离子束将典型地被定向为不平行于该表面。由此，在使用离子束柱执行的加工步骤与使用电子束柱执行的加工步骤之间，需要改变物体相对于粒子束柱的定向。本发明人发现可以使用离子束来制造表面，特别是平坦表面，该表面没有定向为平行于离子束。然而，这要求探测从物体的其余表面突起的表面位置，并将离子束特别引导到这样的从其余表面突起的位置以从这样的突起位置移除材料。 发明人通过提供特别的粒子光学检测方法解决了该问题，该方法以至少两个角度配置来检测物体表面。在以至少两个不同的角度配置在物体表面上扫描粒子束期间所获得的探测信号可重建物体表面的三维形状。如果物体的三维形状是已知的，也可以确定从物体的其余表面或者从物体的平均表面突起的物体表面的那些位置。然后可以将离子束引导到这样的突起位置以使物体的表面平坦化。根据传统的方法，仅在离子束掠入射(grazing incident)到表面上时才可能制造平坦的表面，其中离子束定向为几乎平行于该表面。根据上述实施例，识别从周围表面突起的物体的位置，且将离子束特别引导到那些位置以从突起位置移除材料，使得不需要掠入射到该表面的离子束而从突出于周围表面的位置移除材料。此外，从扫描粒子束到将粒子束引导到表面之间，改变物体相对于粒子束柱的定向不是必需的。根据实施例，通过该方法加工的表面的尺寸大于0. 1 μ m2，大于10 μ m2，大于 500 μ m2和/或大于10000 μ m2。根据另外的示范性实施例，这样的尺寸的表面是平坦表面。这里，本公开中描述的使用粒子束执行的所有加工方法可以从被加工物体的表面移除材料或者在被加工物体的表面上沉积材料。
根据另外的示范性实施例，被加工的表面不必须是平坦表面且可以具有任意目标形状。为了确定离子束要被引导到其上用于从表面移除材料或者在表面上沉积材料的表面上的位置，实际表面的形状与期望表面的目标形状之间的偏差被确定，其中实际表面的形状通过在表面上扫描粒子束以及探测由于扫描而从表面逸出的电子被确定。基于对这样的偏差的认知，可以确定相对于物体的期望形状突起的物体表面上的那些位置，并且将粒子束引导到那些位置以在那些位置从物体表面移除材料。可替换地，可以确定相对于物体的期望形状凹陷的物体表面上的那些位置，并将粒子束引导到那些凹陷的位置以在那些凹陷的位置沉积材料。使用这样的方法，能够减小物体的实际形状与物体的期望形状之间的偏差。物体的目标形状和实际形状之间的差异可以用术语Oems表示，其中Offls是指这些位置的均方根值，其中以给定的长度尺度(length scale)确定均方根值。根据示范性实施例，确定Qems 的长度尺度的值例如可以是从0. 2μπι到ΙΟΟμπι。对于这样的长度尺度，使用上述方法可以获得从5nm到1 μ m范围的σ KMS值。根据实施例，被加工的表面包括由第一材料提供的第一表面部分和由第二材料提供的第二表面部分，其中第一表面部分和第二表面部分彼此不同，且其中第一材料和第二材料关于将粒子束引导到这些材料而获得的材料移除速率是不同的。例如，第一材料和第二材料的材料移除速率相差大于1. 5倍，使得较大的材料移除速率比较小的材料移除速率大1.5倍以上。根据这里的具体实施例，第一表面部分和第二表面部分是物体的更平坦的表面内的部分。此外，具有预定目标形状的物体的物体表面可以有物体的多种不同材料。因此，甚至在这样的情况下也可以制造具有期望的目标形状的物体，在该情况下预先未知结构和材
7料分布的物体在其表面提供变化的材料移除速率。在本公开内容中，材料移除速率是指将用于加工的粒子束的给定量的集成束流 (电荷)引导到该位置而可以从物体移除的材料的体积。例如，材料的材料移除速率是指将用于加工的粒子束的给定量的集成束流(电荷)引导到该位置而可以从物体移除的材料的体积。例如，如果采用具有30keV的束能量的镓离子的粒子束，则材料铜的材料移除速率可以是 0. 13ym7nC。


以下参考附图详细描述本发明的具体实施例将使得本发明前述的以及其他的有利特征更加明晰。注意不是本发明所有可能的实施例都必需示出这里所述的优点中的每一个优点或者任何优点。图1是加工系统的示意图；图2a_2c示出物体加工方法中的加工步骤；图3a_3d示出传统的物体加工方法中的加工步骤；图4a_4h示出另外的物体加工方法中的加工步骤；以及图5是示出物体加工方法的流程图。
具体实施例在下面描述的具体实施例中，功能和结构上相似的元件尽可能以相似的参考标号示出。因此，为了理解具体实施例的各个元件的特性，应该参考本发明的发明内容和其他实施例的描述。图1是加工系统的示意图，该加工系统包括电子束柱1和离子束柱3。电子束柱1 和离子束柱3相对于彼此定位，使得电子束柱1的主轴5与离子束柱3的主轴7交叉，并且使得电子束柱1的工作区域与粒子束柱3的工作区域交叠。要被加工的物体13可定位于交叠的工作区域内。关于包括具有交叠的工作区域的粒子束柱的系统的背景技术信息可以从例如 US2005/0184251AUUS6855938以及US2009/0309025A1中获得，其中，这些文件全部公开内容引用结合于此。在图1的描述中，物体13的表面11位于电子束柱1和离子束柱3的公共工作区域9内，使得表面11的表面法线基本平行于电子束柱1的主轴5定向。表面11相对于电子束柱1的主轴5的基本垂直定向具有优点，这是因为用于在工作区域9内聚焦电子束的电子束柱1产生的电场和磁场的对称性基本不会由于物体13的存在而受到影响。为了在物体上实现电子束的窄束聚焦并且由此实现记录的电子显微图像的高分辨率，聚焦电场和磁场的高度对称性可能是必需的。如果物体的表面相对于电子束柱的主轴成角度定向，那么束的最佳聚焦以及表面的电子显微图像的最高分辨率可能是不能实现的。电子束柱1被构造为在物体13的表面11上扫描电子束15，并且探测由于对物体的扫描而引起的电子，从而记录表面11的电子显微图像。电子束柱1被进一步构造为以至少两个不同的角度配置来执行扫描和探测。存在多种选择以执行至少两个不同的角度配置的扫描和探测。在图1中示出这些选择中的两种。
根据第一种选择，通过以两个不同的角度配置探测扫描引起的电子来实现两个角度的配置。例如，可以提供两个不同的电子探测器16和17，其中从物体逸出进入立体角的不同范围的电子入射到不同探测器上。从物体射入立体角的第一范围的电子入射到第一电子探测器16上，从物体射入立体角的第二范围的电子入射到第二电子探测器17上。立体角的第一范围和第二范围不同使得立体角的两个范围的主轴彼此成角度定向。立体角的第一范围和第二范围可以交叠。然而，图1显示这样的情况，其中分别由探测器16和17探测的电子所进入的立体角的两个范围不交叠，且立体角的两个范围的主轴分别由参考标号18 和19表示。相对于工作区域9定位在立体角的不同范围的两个或更多个探测器16、17提供用于扫描和探测的两个或更多个不同的角度配置。通过分析由两个或更多个探测器16、 17产生的探测信号可确定物体13的表面11的三维形状。关于确定物体的三维形状的背
^1^ “Three-Dimensional Characterization of Microstructures in a SEM”，Wlodzimierz Drzazga et al.，Meas. ki. iTechnol. 17 Q006)沘_31 获得，其中此文章的公开内容全部引用结合于本申请中。图1所示的提供两个不同的角度配置的第二种选择包括入射到物体上的粒子束的两个不同的角度配置。为此目的，电子束柱1包括偏转系统，该偏斜系统配置为使电子束关于它入射到样品上的位置倾斜。在所述示例中，偏转系统包括沿电子束柱1的主轴5相互间隔开布置的两个偏转器21和22。可以通过操作偏转器21和22来改变电子束15入射到表面11上的入射方向的定向。图1中的参考标号25示出在偏转器21和22的第一加压设置下以第一入射角度入射到表面11的电子束，且图1中的参考标号沈示出在偏转器21 和22的第二加压设置下以第二入射角度入射到表面11的电子束。在实现至少两个不同的角度配置的此第二种选择中，提供这样的探测器是足够的，该探测器相对于工作区域9放置使得通过扫描而从表面11引起的或释放的电子可入射到探测器上。例如，探测器可被定位在所述探测器16、17示出的位置，或者可被定位在不同的位置，诸如位于电子束柱内部的探测器观。当主电子束15以第一角度配置25入射到表面11上并且在表面上扫描时记录第一组探测信号，且当主电子束15以第二角度配置沈入射到表面11并且在表面上扫描时记录第二组探测信号。通过分析和对比两组记录的探测信号可以重建物体表面的三维形状。关于提供用于电子束的扫描的不同的角度配置的背景技术信息可通过US7223983B2获得，其中此文件的公开内容全部引用结合于此。图1所示的提供两个不同的角度配置用于扫描和探测的两种选择可以彼此独立使用。例如，可以提供相对于入射电子的立体角的范围不同的两个或更多个探测器，而不提供改变入射到表面的电子束的入射方向的选择，使得电子束例如总是平行于电子束柱的主轴5定向。另一方面，可以采用扫描束的至少两个不同入射方向在表面上扫描电子束来提供至少两个不同的角度配置，而不分析从表面逸出的电子所射入的立体角的范围。此外，当然也可以在一种系统中提供实现不同的角度配置的多种选择，例如图1所示的系统正是这种情况，其中两个偏转器21和22允许改变扫描束的角度配置，并且两个探测器16和17允许改变被探测的电子的角度配置。因此，通过记录至少两个不同的角度配置的探测信号能够确定物体13的表面11 的三维形状。结果，记录的探测信号中所包含的信息不仅涉及在横切电子束柱1的主轴5的横向方向上的物体表面上的位置的定位，还涉及在高度方向或者平行于主轴5的方向上的位置的定位。由此，可以确定采用电子束柱1测得的物体表面的三维形状如何符合物体的目标形状。例如通过顾客对物体加工的要求可定义物体的目标形状。由此，可以确定必须从物体上移除材料或者必须将材料沉积到物体表面上的物体表面上的位置，从而使物体表面更好地符合其目标形状。基于这样的信息，可以操作离子束柱3来加工物体13，使得物体表面的三维形状与目标形状更加接近并且最终与目标形状基本对应。为此目的，将离子束31引导到表面上预定位置以从表面移除材料或者在表面上沉积材料。通过将离子束引导到那些位置可实现从预定位置移除材料，其中离子束由于其动能从物体表面释放粒子。此外，加工气体可被施加到物体表面，加工气体在离子束入射的位置可被离子束活化，并且被活化的加工气体将通过诸如蚀刻的工艺从物体表面移除材料。在选定位置上沉积材料可以通过以下方法实现，该方法包括将离子束引导到这些位置并将合适的加工气体提供到被离子束活化的表面，由此导致在束入射的位置上沉积材料。关于从表面移除材料或者在表面上沉积材料的背景技术信息可以从文章 "Focused Ion Beam Gasses for Deposition and Enhanced Etch" from F. A. Stevie et al. in "Introduction to Focused Ion Beams-Instrumentation,Theory,Techniques and Practice，，，Springer 2005, chapter 3, pages 53to 72 获得。图2a_2c是物体加工方法的示意图。图2c显示物体13的横截面，其中物体的表面11已经达到了其期望的目标形状，期望的目标形状在所示示例中为平坦表面的形状。图加显示了在加工开始时物体13的横截面。在开始时，表面11具有粗糙不平的形状。参考标号35标示出表面11上的两个示范性位置，其在电子束柱1的主轴5的方向上相对于目标形状突起。这些位置35在采用电子束柱1执行的检测步骤中被识别。检测包括至少两个不同的角度配置的扫描和探测，分析所记录的探测信号以及确定表面11的三维形状。一旦位置35被确定，就把离子束31引导到这些位置35。在图加所示示例中，首先被引导到两个示范性位置35之一的离子束由参考标号31 ‘标示，随后被引导到另一个示例位置35 的离子束由参考标号31"标示。入射到从目标表面突起的位置35上的离子束在那些位置从物体表面移除材料，其中通过离子自身和/或被活化的加工气体来实现移除。在这种包括将离子束引导到多个确定位置的加工过程之后，如图2b所示，表面11 的形状将更加接近目标形状(图2c所示)。图2b再次示出穿过物体13的横截面，与图加所示的构形相比，表面11的粗糙度明显降低。以至少两个不同的角度配置对此表面的扫描和探测可被施加到图2b所示的表面11上实施，从而确定表面11的三维形状以及再次确定在电子束柱1的主轴5的方向上从目标形状突起的表面上的位置35。随后离子束31被引导到这些位置35以从那些位置移除材料，直到表面11的形状基本对应于目标形状，该目标形状在所示示例中为平坦表面。采用电子束柱1可再次确定生成表面的三维形状，用于核实该形状充分符合目标形状，以及确定不需要采用离子束进行进一步加工，以及具有目标表面的物体的制造已经完成。为了确定被探测表面的形状是否充分符合目标形状，可以在多个位置确定测得形状与目标形状之间的高度差并且确定出这些差值之间的最大差值。如果最大差值大于预定的阈值，则继续使用离子束进行加工，反之如果最大差值小于预定的阈值，则表面的制造已经完成。
如以上参考图1和2所述，在电子束柱1相对于离子束柱3以及相对于目标形状的配置中，可以在使用电子束柱的加工步骤和使用离子束柱的加工步骤之间交替地实施加工步骤，其中不需要分别相对于束柱1的主轴5和束柱3的主轴7改变物体13的定向。在这样的配置中尤其可以采用不满足掠入射条件的加工离子束来制造物体的基本平坦的表面， 在掠入射条件下，入射离子束的方向基本平行于制造的表面。这就是并不绝对需要改变物体的定向的原因，从而可以忽略用于改变物体相对于粒子束柱的定向以及重新定位的耗时的步骤使得加工可以在较短时间内完成。此外，可以制造出根据传统方法不可能制造的具有几何形状和目标形状的物体。 例如，由于从表面11突起的肩部37妨碍了离子束在表面11上的掠入射，因而采用满足掠入射条件的离子束不可能制造图2c所示的物体。在以上参考图2所述的方法中，被制造的表面的目标形状是平坦表面。然而，也可定义不同于平坦表面的目标形状，并且制造出对应的表面。例如，目标形状可以是金字塔形状，球帽形状或者任何其它希望的形状。尤其可以在物体中制造沟槽，其中沟槽具有目标形状的底表面。具体地，沟槽的底表面可以是平坦的表面。此外，可以用材料移除速率不同的不同材料来设置物体的表面，如以下参考图3和4所述。图3a_3d描述了使用离子束制造具有目标形状的物体的传统方法，图4a_4h描述了使用上述原理制造具有相同目标形状的物体的制造方法。具有目标形状的物体显示在图 4h中。物体是由诸如铜的材料制成，并且具有上表面51，上表面51中形成有深度为d宽度为w的沟槽，其中该沟槽包括平行于上表面51定向的底表面53和四个垂直侧墙55。图3a显示在未加工条件下具有连续的上表面51的物体，其中目标形状如虚线57 所示。图3a中的矩形59表示其晶粒取向不同于周围基体的晶粒取向的晶粒或者外来材料的夹杂物。根据传统方法制造具有目标形状57的物体，在其上要制造沟槽的表面51的那些部分上系统地扫描离子束。这里，预先确定单位面积离子入射的总剂量或者总电荷量，使得如果物体的材料具有期望的材料移除速率，则制造具有期望深度d的沟槽。图!3b-3d显示这种方法的多个步骤。图北显示这样的状况，在该状况下，按期望进行材料移除且已经达到外来材料 59，外来材料59提供迄今制造的沟槽的底表面的表面部分61。在所示示例中，外来材料59 的材料移除速率小于围绕在表面部分61周围的表面部分63中材料的材料移除速率。由于在计划和设计制造方法时不知道外来材料的存在，因而为了在底表面上的所有位置达到相同的材料移除速率，制造方法将不变地继续，沟槽的底表面将被继续扫描使得底表面的所有位置都接受相同的离子剂量。然而，由于外来材料的存在，这将是不可能的。在其中外来材料提供物体表面的表面部分61中，材料移除速率小于其余的周围表面部分中的材料移除速率，使得在沟槽底部形成台阶，如图3c所示。图3d显示这样的状况，在该状况下制造方法已经完成且由于单位面积所需的离子量已相应确定，所以表面部分63达到预期深度d，在表面部分63中外来材料59不提供表面。然而，由于在表面部分61中没有完成材料移除工艺，使得在表面部分61种并没有达到期望的深度d。因此，制造的物体不符合期望的目标形状。图4a_4h示出根据以上参考图1和图2所述的原理制造具有图4h中的目标形状的物体的方法。根据此方法，自动执行使用电子束柱的加工步骤和使用粒子束柱的加工步骤，其中在使用电子束柱的加工步骤中，表面的三维形状被确定并且与当前制造步骤的目标形状相对比。基于确定的当前表面的三维形状来计划使用离子束柱的每下一个加工步骤。图 4a显示了沟槽的制造已经达到某一深度的状态。在后续确定物体三维形状时，会发现沟槽的底部由平坦表面规定，并且在后续使用离子束柱的加工步骤中沟槽底部的所有表面部分将接收相同的加工强度，使得对底表面上的所有位置实现相同的材料移除速率。这样的加工之后，达到图4b所示的加工状态。再一次地，三维形状的确定揭示底表面是平坦的表面， 在使用离子束柱的下一个加工步骤中采用在沟槽底表面上常数分布的加工强度。然而，现在外来材料59将显露，使得在表面部分61中材料移除将以较低速率进行，外来材料59在表面部分61中提供表面的底表面。图如显示这种状况。如果在图4c所示状态下来确定表面的三维形状，将会发现在电子束柱的主轴5的方向上，表面部分61中的表面位置从其余表面突起。与之对应，在随后使用离子束柱3的加工步骤中，可以仅将离子引导到表面部分61，或者将离子以更高的加工强度(相比于周围表面部分63的加工强度)引导到表面部分61。结果，在表面部分61中比在周围的表面部分63中移除更多量的材料，如图4d所示的加工状态，其中沟槽的整个底部具有几乎平坦的表面，如将使用电子束柱在下一个加工步骤中证实的。之后，采用相同的剂量或加工强度将离子束引导到沟槽底部的所有表面部分，使得实现图4e所示的加工状态，其中表面部分61相对于周围的表面部分63再次突出。 通过反复执行使用电子束柱的加工步骤和使用离子束柱3的加工步骤，在使用电子束柱的加工步骤中确定物体的三维形状，在使用离子束柱3的加工步骤中基于前面使用电子束柱的步骤中所确定的三维形状将离子束引导到表面上的选定位置，可以最终实现图4h所示的物体的最终形状，其中图4f和图4g显示中间加工步骤。在所述方法中，对于被加工的位置局部地调整粒子束的加工强度。这可通过以下方式实现，该方式为仅将粒子束引导到那些需要更高强度的加工的位置，而对需要相对降低的加工的其余位置完全不执行加工，直到表面的形状符合给定加工状态的期望形状。然而，这也可通过以下方式实现，该方式包括对那些需要更高强度的加工的位置施加增加的加工强度，而对需要相对降低的加工的其他位置以降低的加工强度处理。这可以避免增大给定加工状态中的期望的表面形状与实际的表面形状之间的差异。当继续加工时，给定加工状态中的期望形状将会变化。存在局部改变加工强度的多种选择例如，粒子束的束流可被局部改变，粒子束在各个加工位置的停留时间可被局部改变，粒子束的束能量可被局部改变。例如，粒子束在具有坐标(X，y)的各个加工位置的停留时间可如下确定tDC(x, y) = a(x，y)tDN(x，y)，其中对于ΔΗ(χ, y)彡-Hstep，a(x, y) = (ΔΗ(χ, y)+Hstep)/Hstep,否则a(x，y) = 0，其中tDN(x, y)是给定加工步骤中停留时间的标称值，tDC(x, y)是位置相关的停留时间，a(x, y)是位置相关的校正因子，ΔΗ(χ, y)是测得的位置相关的高度差，以及Hstep是加工步骤的预定移除深度。尽管在以上参考图2所述的方法中可交替执行采用电子束柱的加工和使用离子束柱的加工而不改变物体的定向，但是可能需要在加工步骤之间改变物体相对于粒子束柱的定向。其中，有利的是在包含电子束柱的加工步骤中相对电子束柱使物体定向，使得沟槽的底表面和/或物体的上表面51基本垂直于电子束柱的主轴，而在使用离子束柱执行的加工步骤中这些表面被定向为基本垂直于离子束柱的主轴。下面将参考图5的流程图来描述加工物体的另外的方法。在步骤101，要被加工的物体被安置在加工系统中，使得要被加工的物体的表面部分位于电子束柱的工作区域中，同时也位于离子束柱的工作区域中。在步骤103中，采用电子束柱以两个不同的角度配置记录物体的表面图像。在步骤105中，基于不同的角度配置所记录的图像来确定物体表面的三维形状。在步骤107中，确定物体的测得的三维形状与物体的目标形状或中间目标形状的偏差。物体的目标形状是当制造完成时所期望的物体表面的形状。中间目标形状是在当前加工步骤中物体表面的形状。在步骤109中，确定偏差大于阈值还是小于阈值。在步骤111中，如果偏差小于阈值，则停止加工并从系统中移走物体。在步骤113中，如果与目标形状的偏差大于阈值，则采用离子束执行物体表面的加工， 其中离子束被引导到如步骤107中所确定的需要提高的加工强度的那些物体位置。当完成步骤113中采用离子束柱的加工时，在步骤103中继续加工，从而以多个角度配置记录物体的新图像，确定物体的三维形状(步骤10 ，确定物体的形状与目标形状之间的偏差(步骤 107)，并再次确定(步骤109)加工可被终止(步骤111)还是继续(步骤113)。在上述的实施例中，离子束被用以加工物体(即从物体移除材料或者在物体上沉积材料)，电子束被用于物体的扫描以产生可探测的电子。然而，也可以使用单个的离子束柱，并且使用此离子束柱产生的离子束既用于扫描物体以产生可探测的电子又用于加工物体(即从物体移除材料或者在物体上沉积材料)。这里，用于扫描的离子束的束能量可以不同于用于加工的离子束的束能量。如果电子束柱被用于产生粒子束，该粒子束用于物体的扫描以产生可探测电子， 也可以提供多个角度配置。这可被实现，例如，通过配置以改变粒子束入射到物体表面上的方向的束偏转器，或者通过对于从物体表面逸出的电子使用覆盖不同立体角的范围的多个探测器，或者通过相对于粒子束柱倾斜物体的表面。还可使用如图1所示的两个粒子束柱的构造，其中两个粒子束柱都是离子束柱。 则可以使用一个离子束柱执行物体的扫描，使用另一个离子束柱执行物体的加工。离子束柱关于形成粒子束的离子的类型可以不同。例如，质量小于20个原子质量单位的离子(例如氦离子或者其他惰性气体离子)可用于形成离子束，该离子束用于物体的扫描以产生可探测电子。在US2007/0194226A1中描述了这样的离子束装置的示例。用于加工物体的离子束柱可包括离子束源，该离子束源产生原子质量大于20个原子质量单位的离子(诸如例如镓离子)的束。可构造产生不同的离子束(离子的质量不同)的两个离子束柱，使得发射的离子束被引导到共同工作区域。为此目的，两个离子束柱的主轴可以大于10°的角度(诸如例如20°到60° )相对于彼此定向。尽管本发明在这里以特定的示范性实施例描述，但明显的是，多种替换、修改和变型对于本领域技术人员是显而易见的。因此，这里阐述的本发明的示范性实施例无论如何都旨在是说明性的而非限制性的。在不偏离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以做出多种改变。 本申请要求2010年6月22日在德国提交的标题为“加工物体的方法”的第 102010024625. 5号专利申请的优先权，其全部内容引用结合于此。
权利要求
1.一种加工物体的方法，其中该方法包括在所述物体的表面上扫描粒子束并且探测由于所述扫描而从所述物体逸出的电子； 基于所述探测的电子，对所述物体的所述表面上的多个位置中的每一个，确定所述物体的所述表面与预定表面的高度差；基于所述确定的高度差，对所述物体的所述表面上的所述多个位置中的每一个，确定加工强度；以及基于所述确定的加工强度，将离子束引导到所述多个位置，从而在所述多个位置处从所述物体移除材料或者在所述物体上沉积材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述物体的所述表面的多个位置的加工强度，使得对于至少一对位置满足下面关系中的至少一个i)引导到所述位置对中的第一位置的所述粒子束的束流与引导到所述位置对中的第二位置的所述粒子束的束流相差大于10% ； )所述粒子束保持引导到所述位置对中的第一位置的停留时间与所述粒子束保持引导到所述位置对中的第二位置的停留时间相差大于10% ；iii)引导到所述位置对中的第一位置的所述粒子束的束能量与引导到所述位置对中的第二位置的所述粒子束的束能量相差大于10%。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中用于所述扫描的所述粒子束是由电子束柱产生的电子束，且其中分别用于材料的所述移除和所述沉积的所述粒子束是由离子束柱产生的离子束，或者其中用于所述扫描的所述粒子束是由离子束柱产生的离子束，且其中分别用于材料的所述移除和所述沉积的所述粒子束是由离子束柱产生的离子束，或者其中用于所述扫描的所述粒子束是由电子束柱产生的电子束，且其中分别用于材料的所述移除和所述沉积的所述粒子束是由电子束柱产生的电子束。
4.根据权利要求3所述的方法，其中用于所述扫描的所述粒子束柱的主轴与分别用于材料的所述移除和所述沉积的所述粒子束柱的主轴之间的角度大于40°，尤其大于60°。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述物体同时位于用于所述扫描的所述粒子束柱的工作区域内以及分别用于所述移除和所述沉积的粒子束柱的工作区域内，且其中从所述粒子束的所述扫描到所述粒子束的分别地所述移除和所述沉积之间，所述物体相对于分别用于所述移除和所述沉积的所述粒子束柱的方向被改变一角度，该角度小于用于所述扫描的所述粒子束柱的主轴与分别用于所述移除和所述沉积的所述粒子束柱的主轴之间的角度的0.5倍。
6.根据权利要求3至5中之一所述的方法，其中所述物体同时位于用于所述扫描的所述粒子束柱的工作区域内以及分别用于所述移除和所述沉积的所述粒子束柱的工作区域内，且其中从所述粒子束的所述扫描到所述粒子束的分别地所述移除和所述沉积之间，所述物体相对于分别用于所述移除和所述沉积的所述粒子束柱的定向基本上保持不变。
7.根据权利要求1至6中之一所述的方法，其中所述探测由于所述扫描而从所述物体逸出的所述电子包括以第一角度配置的第一探测，以及同时地以第二角度配置的第二探测，所述第一角度配置不同于所述第二角度配置。
8.根据权利要求7所述的方法，其中使用第一探测器执行所述第一探测，以及使用不同于所述第一探测器的第二探测器执行所述第二探测。
9.根据权利要求1至8中之一所述的方法，其中所述在所述物体的表面上扫描所述粒子束并且探测由于所述扫描而从所述物体逸出的所述电子包括以第一角度配置的第一扫描和探测以及以第二角度配置的第二扫描和探测，所述第一角度配置不同于所述第二角度配置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一扫描和探测包括沿第一方向将所述粒子束引导到所述物体上，其中所述第二扫描和探测包括沿第二方向将所述粒子束引导到所述物体上，以及其中所述第一方向和所述第二方向之间的角度大于30mrad。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中探测由于以所述第一角度配置的所述扫描而从所述物体逸出的所述电子包括探测射入立体角的第一范围的电子，其中探测由于以所述第二角度配置的所述扫描而从所述物体逸出的所述电子包括探测射入立体角的第二范围的电子，且其中所述立体角的第一范围的主轴与所述立体角的第二范围的主轴之间的角度大于10°。
12.根据权利要求1至11中之一所述的方法，其中，在所述物体的表面上扫描所述粒子束期间，在大于1. 0 μ m2的表面面积上取平均值的所述物体的平均表面具有表面法线，该表面法线被定向为与产生用于所述扫描的所述粒子束的粒子束柱的主轴成小于20°的角度， 特别是小于10°的角度，且特别是基本平行。
13.根据权利要求1至12中之一所述的方法，其中，在将所述粒子束引导到所述表面上的多个位置期间，在大于1.0 μ m2的表面面积上取平均值的所述物体的平均表面具有表面法线，该表面法线被定向为与产生用于将所述粒子束引导到所述表面上的多个位置的所述粒子束的粒子束柱的主轴成小于70°的角度，特别地小于60°的角度。
14.根据权利要求1至13中之一所述的方法，还包括当所述粒子束被引导到所述物体的所述表面的多个位置时，对所述物体提供加工气体。
15.根据权利要求1至14中之一所述的方法，其中所述物体的扫描区域包括第一表面部分和第二表面部分，其中所述第一表面部分由第一材料提供以及所述第二表面部分由第二材料提供，且其中所述第一材料的离子束移除速率比所述第二材料的离子束移除速率大至少1. 5倍。
16.根据权利要求1至15中之一所述的方法，其中将所述粒子束引导到所述物体的所述表面的多个位置可实现满足以下关系的表面粗糙度σ EMS < 1 μ m,其中σ fflS表示以0. 2 μ m至100 μ m范围内的长度尺度确定的表面粗糙度的均方根值， 且其中，特别地满足。ems < IOOnm或者σ哪< 10nm。
17.根据权利要求16所述的方法，其中达到所述表面粗糙度的所述表面的区域大于 0. 1 μ 2O
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中达到所述表面粗糙度的所述表面是平坦表
19.根据权利要求1至18中之一所述的方法，其中所述在所述物体的表面上扫描粒子束并且探测由于所述扫描而从所述物体逸出的电子、所述确定高度差、所述确定加工强度以及所述将所述粒子束引导到所述多个位置，被反复执行。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述在所述物体的表面上扫描粒子束并且探测由于所述扫描而从所述物体逸出的电子、所述确定高度差、所述确定加工强度以及所述将所述粒子束引导到所述多个位置，被反复执行，直到所述确定的高度差的最大值小于lOnm。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述在所述物体的表面上扫描粒子束并且探测由于所述扫描而从所述物体逸出的电子、所述确定高度差、所述确定加工强度以及所述将所述粒子束引导到所述多个位置，被反复执行直到实现满足以下关系的所述表面的表面粗糙度σ EMS < 1 μ m,其中σ fflS表示以0. 2 μ m至100 μ m范围内的长度尺度确定的表面粗糙度的均方根值， 且其中，特别地，满足。ems < IOOnm或者σ哪< lOnm。
22.—种加工物体的方法，具体地结合根据权利要求1至21中之一所述的方法，其中所述方法包括将所述物体同时定位于粒子束柱的工作区域内以及离子束柱的工作区域内；在所述物体的所述表面上扫描由所述电子束柱产生的电子束并且以至少两个角度配置探测由于所述扫描而释放的电子；基于以所述至少两个角度配置产生的探测信号，确定所述物体的所述表面的形状与所述物体的目标形状的偏差；基于所述确定的偏差，将离子束引导到所述物体的所述表面的位置。
全文摘要
本发明公开了一种加工物体的方法。该方法包括在物体的表面上扫描粒子束并且探测由于扫描而从物体逸出的电子；基于探测的电子，对物体的表面上的多个位置中的每一个，确定物体的表面与预定表面的高度差；基于确定的高度差，对物体的表面上的多个位置中的每一个，确定加工强度；以及基于确定的加工强度，将离子束引导到多个位置，从而在多个位置从物体移除材料或者在物体上沉积材料。
文档编号H01J37/32GK102332382SQ20111023074
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者D·多尼茨, H·马蒂, J·帕卢斯金斯基, J·比伯杰, M·斯泰格沃尔德, R·普尔维 申请人:卡尔蔡司Nts有限责任公司