用于激光加工的方法和设备的制作方法

专利名称：用于激光加工的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光微加工。
背景技术：
将从基底去除材料以形成微观的或纳米观的结构称为微加工。去除材料也称为铣 削或蚀刻。激光束和带电粒子束被用于微加工。在各种应用中它们均具有优点和局限性。激光系统将几种不同的机制用于微加工。在某些工艺中，使用激光来向基底供热 以引发化学反应。该反应仅在激光器供热的区域中发生，但是热量趋向于扩散至比激光束 斑点更大的区域，从而限制该工艺的分辨率。在激光微加工中使用的另一机制是光化学蚀 刻，其中，激光能量被基底的各个原子吸收，从而这些原子被激发至它们能够进行化学反应 的状态。光化学蚀刻局限于光化学活性的材料。在激光加工中使用的另一机制是激光烧蚀， 其中，在未将基底加热的情况下，被快速地供应给小体积的能量促使原子被驱逐出基底。 例如在为“Method for controlling configuration of laser induced breakdown and ablation"授权给Mourou的U. S. Re. 37，585中描述了使用快速脉冲飞秒激光器的激光烧 蚀。飞秒激光烧蚀克服了上述工艺的某些限制。带电粒子束包括离子束和电子束。聚焦射束中的离子通常具有足以通过从表面物 理地喷射材料来进行微加工的动量。由于电子比离子轻得多，所以电子束通常局限于通过 用蚀刻剂引发化学反应来去除材料。通常由液态金属离子源或由等离子体离子源来产生离 子束。带电粒子束的斑点尺寸取决于许多因素，包括粒子的类型和射束中的电流。通常可 以将具有低电流的射束聚焦成较小的斑点，并因此产生比具有高电流的射束更小的结构， 但是低电流射束与高电流射束相比花费更长的时间对结构进行微加工。激光通常能够以比带电粒子束高得多的速率向基底供应能量，并且因此，激光通 常具有比带电粒子束高得多的材料去除速率。然而，激光的波长比带电粒子束中的带电粒 子的波长长得多。由于射束可以被聚焦成的尺寸受到波长的限制，所以激光束的最小斑点 尺寸通常大于带电粒子束的最小斑点尺寸。A. P. Joglekar等人在!Proceedings of the National Academy of Science(国家科学院学报)第 101 卷No. 16 第 5856 5861 页(2004) 的"Optics at Critical Intensity: Applications to Nanomorphing，，(Joglekar 等人) 中表明，能够使用比接近用于离子化的临界强度的约10皮秒更短的激光脉冲来实现小于 波长的特征。由Joglekar等人可实现的特征尺寸对于许多纳米技术应用而言仍不是足够 小的。虽然带电粒子束通常具有比激光束更大的分辨率并能够对极小的结构进行微加 工，但射束电流受到限制且微加工操作可能慢到不可接受的程度。另一方面，激光微加工可 以更快，但分辨率固有地受到较长波长的限制。
同时利用激光的较快微加工能力和带电粒子束的较高精度这两者的一种方式是 依次地处理样本。例如 M. Paniccia 等人在 Microelectronic Engineering 46 (27 34 页，1999)白勺"Novel Optical Probing and Micromachining Techniques for Silicon Debug of Flip Chip Packaged Microprocessors" (“Paniccia 等人”)中描述了依次处 理。Paniccia等人描述了一种用于使用激光引发的化学蚀刻来接近半导体倒装芯片的 有源部分以去除大块的材料并随后使用带电粒子束进行最后的更精确的微加工的已知技 术。依次处理存在的问题是确定要何时停止更快、不那么精确的激光微加工并开始更精确 的带电粒子束处理。如果激光处理过快地停止，则将剩余过多的材料供带电粒子束进行 去除。如果激光处理太晚停止，则工件将受到损坏。将确定何时停止处理称为“终点确定 (endpointing)，，。用于确定带电粒子束处理中的终点的技术是已知的，并且例如在授予Ray等人的 美国专利公开2005/0173631中有所描述。此类技术包括例如向底层电路施加变化的电压 以在底层电路被暴露或几乎被暴露时改变二次粒子发射。通过观察二次粒子发射，操作员 可以确定诸如掩埋导线的特征何时被揭露。其它带电粒子束终点确定过程包括例如检测由 射束注入的带电粒子所引起的晶体管漏电流。通常不是在真空室中执行激光处理，并且因 此不能收集二次电子和离子。在离子束处理中，还已知的是检测从基底发射的指定频率的光子以确定受到离子 束撞击的材料何时改变。在例如为"Focused Ion Beam Imaging and Process Control" 授予Ward等人的美国专利No. 4，874，947中描述了此类过程，该专利被转让给了本申请的 受让人。虽然Ward等人描述了用于离子束系统中的终点确定的光子检测，但这种技术未被 广泛使用，因为低光子信号难以收集。

发明内容
本发明的目的是通过改进对激光处理的控制来改进微加工。根据本发明，激光束被引导至样本以从该样本去除材料。通过检测来自样本的发 射来确定激光处理的终点。前述内容已相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解随 后的本发明的详细说明。下面将描述本发明的附加特征和优点。本领域的技术人员应认识 到，可以容易地利用所公开的概念和特定实施例作为用于修改或设计实现本发明的相同目 的的其它结构的基础。本领域的技术人员还应认识到的是，这样的等效构造并不脱离如随 附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。


为了更彻底地理解本发明及其优点，现在对结合附图进行的以下描述进行参考， 在附图中
图1示出用于使用来自样本的发射来确定用于激光处理的终点的本发明的实施例。图2示出用于使用从样本发射的光子来确定用于激光处理的终点的本发明的实 施例。图3示出使用从样本发射的电子来确定用于激光处理的终点的本发明的实施例。
图4是示出用于确定用于激光处理的终点的依照本发明的实施例的优选步骤的 流程图。图5示出减少二次粒子对诸如激光透镜的部件的损坏的实施例。
具体实施例方式本发明的各种实施例采用各种手段来加强激光处理。本发明的实施例可以使用现 在存在或即将开发的供应足够能流的任何类型的激光器。优选的激光器提供短(亦即纳秒 至飞秒)脉冲激光束。适当的激光器包括例如Ti = Sapphire (钛兰宝石)振荡器、基于光纤 的激光器、或者掺镱或掺铬薄盘激光器。由短(亦即纳秒至飞秒)激光脉冲进行的对基底的烧蚀伴随有来自基底的各种发 射。本发明的实施例使用来自基底的发射来确定激光微加工的进展并确定处理的阶段何时 完成。所发射的粒子的发射产量和能谱是材料相关的。当正在去除第一材料以使第二材料 暴露时，发射将在材料界面处改变。检测器能够确定发射何时改变，从而指示射束下的材料 的变化。当检测到第二材料的发射特征时或者当第一层的发射特征停止时，操作员可以知 道激光铣削操作的进展。在检测到发射变化时，操作员或系统可以自动地或手动地改变该 过程，例如通过或者停止处理。来自样本的发射包括发光(例如从红外线(IR)至紫外线(UV)至χ射线范围)、电 子、离子、中性原子或分子，以及粒子/小滴。取决于正在处理的材料的类型和处理环境，不 同类型的发射对不同应用中的终点确定有用。处理环境可以包括例如大气压力下的正常大 气气体；高真空，即小于约10_3毫巴的压强；适合于环境扫描电子显微镜的真空，诸如各种 气体的约1毫巴与50毫巴之间的压强，或者在任何适当压强下的任何适当气体的受控气体 环境。可以通过质谱分析法来直接分析从表面发射的离子以确定从表面发射的材料何时改 变，从而指示已经达到边界。用于二次离子质谱分析的系统是用于商用聚焦离子束系统的 常见附件。具有时延的第二激光束可以在演进的发射时被一致地聚焦(它们共同被称为等 离子体羽辉)，以便使存在于其中的中性原子和分子离子化。此第二射束可以源自于单独的 附加激光器，或者其可以通过标准分束器的使用而源自于与主射束相同的激光器。可以通 过调整二次射束的路径长度来调整主射束的到达与二次射束的到达之间的间隔(时延)。然 后可以通过质谱分析法来分析由此二次离子化得到的离子。还可以通过感应耦合等离子体 质谱分析法来分析粒子和小滴。当将发光用于终点确定时，其具有“预测”铣削孔的底部的优点。也就是说，刚好 在表面下面的原子被激光脉冲激励，因为由激光脉冲产生的等离子体传播超过被脉冲烧蚀 的体积。因此，光子刚好从表面下面被发射，该发射可以提供何时停止微加工的更及时的指 示器。也就是说，当来自第二材料的光子被用作指示器时，可以在第一材料被完全去除之前 不久检测到它们。类似地，来自第一材料的光发射在第一材料被完全去除之前不久开始衰 减。可以通过检测从表面发射的光子流来执行终点确定，该发射由激光束或由带电粒子束 导致。当除光子之外的发射被用于终点确定时，基底通常必须被保持在低压环境或真空 中，以使得空气分子不干扰发射的收集。当光子被用作指示器时，激光器可以在真空中、在 大气压下或在受控气体环境中工作。
检测器可以是确定一种或多种类型的发射的强度的一般检测器。通常，检测器计 算粒子(包括参考)或测量粒子流，并具有定义作为粒子能量的函数的检测器灵敏度的特征 能量响应。可以在时间上区分检测器输出以使检测信号的变化以用于终点确定的能力最大 化。可以并行地使用多个检测器以检测具有不同的能量、电荷、质量或荷质比的粒子。例 如，可以使用诸如光电倍增管或半导体检测器的宽带光子检测器来测量从基底发射的光的 强度。可以使该检测器最优化为使终点确定信号的材料依赖性最大化。例如，可以调整能 量过滤光谱仪以检测预期来自掩埋层或来自覆盖层的特定信号。在某些实施例中，可以使 用衍射光栅来使光分散，并且可以使用狭缝来使在给定频带内的光通过，然后该光可以被 宽带光子检测器检测到。作为狭缝的替代，可以使用一个或多个吸收滤光片，其吸收表征覆 盖材料的光并透射表征掩埋材料的光，或者进行相反操作，以在掩埋材料被暴露或几乎被 暴露时提供信号。可替换地，可以使用衍射光栅来使光分散到电荷耦合器件阵列上。由在 阵列中的不同单元处测量的信号的强度来确定发射谱。可以使用在不同单元处测量的信号 来监视从覆盖层和掩埋层发射的特征信号的强度。诸如金属、半导体和绝缘体的各种材料组成正被铣削或在正被铣削的层下面的材 料层。例如，常见材料包括Si、Si02、Cu、Al、Au、Ag、Cr、Mo、Pt、W、Ta、m k电介质、高k电介 质、AlWpSiC^Si^jalAllAlxGadyN、InxGa(1_x)N,GaAs, InxGa(1_x)As 和 Ge。当检测到光 子作为终点确定指示器时，那些光子通常将具有在0.01 nm与1000 nm之间、并且更典型地 在300 nm与800 nm之间的波长。可以使用适当的检测器，从用于较短波长的χ射线检测 器至用于较长波长的红外检测器。技术人员能够很容易地确定各种底层和覆盖材料的特征 发射谱。当来自覆盖材料和底层材料的特征信号在频率上不接近时，实现终点确定更容易。当使用电子作为终点确定指示器时，优选的是使用当前在诸如双射束系统的带电 粒子束系统中采用的一种电子检测器，所述双射束系统包括离子束列和电子束列。此类检 测器包括例如高效Everhart-Thornley检测器，其包括被电子撞击时发射光的闪烁器和将 发射的光信号放大的光电倍增器。Everhart-Thornley检测器通常以偏离激光轴的方式安 装，并向闪烁器前面的屏幕施加相对于样本的电压以吸引由样本发射的电子。为了将在指 定能级以下的电子排除在外，可以对样本施加偏压以防止低能量电子的收集。通常被检测 的电子具有小于约20 eV的能量，但是在某些应用中具有高达1，000 eV的能量的电子可能 是有用的。在某些实施例中，收集宽能带内的电子，其中电子流是基底材料的特征。在其它 实施例中，确定电子的能量以表征材料。在某些实施例中，可以测量从样本到地线的电流，而不是检测在真空室中从样本 表面发射的粒子。地线物理地接触样本，不管是直接地(例如通过探针)还是间接地(例如通 过样本台)。向或从地线流动的电流等于在来自射束的撞击下离开样本表面的表面的电流。图1示出体现本发明的优选系统100。产生射束103的激光器102通常工作在被 加工材料的阈值以上的能流下。例如，Mourou讲授了具有在10 nj至1 mj范围内的能量 和在0.1 J/cm2至100 J/cm2范围内的能流的优选射束。在一个实施例中，激光束具有30 nj的能量和0.4 J/cm2的能流。射束103被引导至样本104，样本104可以包括基底材料 106和覆盖材料108。样本104通常将具有若干层不同的材料。样本104通常布置在双轴 精度X-Y台109 (附加轴可以包括垂直于前两个轴平移、倾斜和旋转)上。检测器110检测 来自样本104的发射112。发射112随着覆盖材料108被去除且基底材料106被揭开而改变。计算机120从检测器110接收信号且信号的变化指示射束下的材料已改变，从而使得 操作员能够监视加工进展并采取适当的行动或允许系统自动地采取行动，诸如自动地停止 激光器102进行进一步处理。连接到计算机120的显示器122可以向操作员提供信息，包 括样本104的图像。如上所述，检测器可以检测作为激光烧蚀或其它激光工艺的结果而发 射的光子、电子、离子、中性粒子或小滴。系统100可选地包括可以用于处理和成像一个或 多个带电粒子束列130 (诸如电子束列、离子束列或它们两者)，以及用于形成样本104的图 像的二次电子检测器132。当使用带电粒子束列130或二次电子检测器132时，将基底保持 在真空中。在某些实施例中，可以使用检测器110来检测二次电子信号以形成图像以及检 测终点确定信号。图2示出其中检测器包括光子检测器210的系统200，光子检测器210包括使来自 样本104的光分散的单色器、根据频率对不同点处的分散光进行聚焦的透镜214、使具有表 征底层材料的频谱的光通过的狭缝216和用于检测通过狭缝216的光的光子检测器218，该 单色器被示意性地示出为衍射光栅212 (可替换地可以使用棱镜)。计算机120从光子检测 器210接收信号，该信号被解释以确定激光束下的材料何时改变。计算机120能够例如在 发射的变化指示处理阶段完成时向操作员提供信号或自动地停止激光器102进行进一步 处理。可替换的光子检测器222被示为布置在基底下面。光子检测器的这样的定位只有当 基底对于特征光信号而言透明时、亦即当基底材料的带隙大于正在检测的光子的能量时才 有用。当使用在样本下面的光子检测器时，样本台包括用于透射光的间隙或透明窗口 224。 作为使用狭缝和光电倍增管的替代，光子检测器222是包括电荷耦合器件(CCD)阵列2 的 广谱检测器，所述电荷耦合器件(CCD)检测对应于不同频率的不同位置处的光信号的强度。 可以在任一位置上使用任一类型的检测器。图3示出检测电子以确定终点的用于激光处理的系统300。在系统300中，基底 104位于真空室302中。电子检测器306是包括屏幕308、闪烁器310和光电倍增器312的 Everhart-Thornley检测器。向屏幕308施加约50伏的低电压并向闪烁器施加约10，000V 的高电压。电子被从样本加速至屏幕，并随后被加速至更大的能量以引起闪烁器中的光子 的发射。那些光子被转换成电子并在光电倍增管中被倍增。图4是示出图1的系统的操作的流程图。在步骤402中，将激光引导朝向基底。 在步骤404中，检测来自基底的发射。在判定块406中，确定发射的变化是否指示激光微加 工已切穿或几乎切穿覆盖材料。如果发射的变化指示激光微加工已切穿或几乎切穿覆盖材 料，则改变过程。如果没有，则过程以步骤402继续。改变过程意指例如停止激光束、改变 诸如每脉冲的能流的激光器参数、改变气流、阻挡电子或离子束、或移动支持样本的台。可 以连续地或周期性地监视发射。如果周期性地监视发射，则该周期应小到足以防止在覆盖 材料在监视周期之间被完全去除的情况下对底层材料造成不可接受的损坏。在某些实施例中，可以使用诸如电子束的带电粒子束来产生用于激光微加工的终 点确定信号。电子束可以例如与激光烧蚀期间的激光束一致并与激光束同时地或依次地被 使用。如果使用阴极发光或后向散射电子作为终点确定信号，则可以调节电子束能量以调 谐终点确定的“预测”能力。当从基底表面喷射材料时，喷射的粒子可以通过在透镜上沉积或从透镜溅射材料 来降低激光透镜的光学质量。图5示出可以减少二次粒子对真空系统中的激光透镜和其它部件的损坏的系统。图5示出系统500，其包括朝向样本506引导带电粒子束504的诸如聚 焦离子束列的带电粒子束列502。系统500还包括具有将激光束512聚焦到样本506上的 透镜510的激光系统508。激光系统束512和带电粒子束504优选地是一致的，也就是说， 它们撞击在样本506的相同区域上，其中激光束通常比带电粒子束在样本506上具有更大 的斑点尺寸。虽然激光系统508被示为具有垂直取向且带电粒子束列502被示为相对于垂 直方向是倾斜的，但这两个系统可以以任何适当的取向被定向。样本506停靠在精确可移动台516上。当带电粒子束504撞击样本506时，发射 包括电子和离子的二次粒子518。离子可以撞击在激光透镜510上并降低其光学质量。电 极520和522被连接到电压源(未示出)以产生电场，该电场使二次粒子518的路径偏转离 开激光透镜510以减少或消除损坏。电极520和522还可以用来检测二次粒子518以进行 成像或终点确定。可以将放大器5M连接到电极520以将二次电信号放大。附加地或可替 换地，可以将放大器5 连接到电极522以将正离子信号放大以进行成像或终点确定。在优选实施例中，在电极520与电极522之间施加约300 V至400 V的电势。优 选的电压将随实施方式而变，但是通常将在几十伏至几千伏之间的范围内，其中优选几百 伏的范围。可以改变电极520和522的形状以使电场成形为使撞击样本上方的激光透镜或 其它部件的粒子改变方向。在一些实施例中，可以使用单个电极。在一些实施例中，可以使 用磁场来代替电极520和522以使带电粒子偏转离开敏感部件。根据本发明的优选实施例，通过下列处理由激光束处理产生或修改结构 把激光束朝向样本引导以产生或者修改结构；
检测来自样本的由激光束的入射所引起的发射；
确定发射的属性，所述属性表示样本的特征；以及
当发射指示激光束入射到其上的材料的变化时改变激光束处理。根据本发明的优选实施例，改变激光束处理包括停止把激光束引导朝向样本、改 变气流、改变诸如每脉冲的能流的激光器参数、阻挡电子和离子束或者移动支撑样本的台。根据本发明的优选实施例，把激光束朝向样本引导包括在具有小于10_3毫巴或者 小于50毫巴的压强的环境中把激光束朝向样本引导。根据本发明的优选实施例，确定发射的属性包括确定从样本发射的样本电子流。 确定从表面发射的电子流包括测量样本和直接或者间接接触该样本的地线之间的电流。根据本发明的优选实施例，确定发射的属性包括确定从样本发射的电子的能量或 者检测从样本发射的光子。检测从样本发射的光子可以包括检测具有特征波长的光子和/ 或过滤具有除特征波长之外的波长的光子。根据本发明的优选实施例，确定发射的属性包括确定从表面发射的粒子的质量和 /或确定从表面发射的粒子的荷质比。本发明的优选实施例还包括在确定从表面发射的粒子的质量之前使中性粒子离 子化。根据本发明的优选实施例，使中性粒子离子化的方法包括使用激光束或者电子束使 中性粒子离子化，或者引导具有时延的第二激光束以使通过第一激光束从样本喷射的演进 发射离子化。根据本发明的优选实施例，确定从表面发射的粒子的质量包括使用感应耦合等离 子体质谱分析法来确定该质量。
根据本发明的优选实施例，把激光束朝向样本引导包括把具有小于一皮秒的脉冲 持续时间的脉冲激光朝向样本弓I导。根据本发明的优选实施例，确定发射的属性包括使用窄带检测器来检测仅具有 指定属性的发射，确定该发射的流或者该发射的能量，或者确定该发射的能谱。本发明的优选实施例还包括把带电粒子束朝向样本弓I导。根据本发明的优选实施例，通过下列处理产生样本上的结构 把激光束朝向样本引导以产生或者修改结构；
把带电粒子束朝向样本引导； 检测来自样本的由带电粒子束的入射所引起的发射； 确定该发射的属性，所述属性表示样本的特征；以及 当该发射指示激光束入射到其上的材料的变化时改变激光束处理。根据本发明的优选实施例，产生结构包括同时或者相继地引导激光和粒子束入射 在样本上。根据本发明的优选实施例，带电粒子束是电子束或者离子束，且检测来自样本的 由带电粒子束的入射所引起的发射包括检测二次电子、后向散射电子或者透射的电子。根据本发明的优选实施例，带电粒子束是电子束，且检测来自样本的由带电粒子 束的入射所引起的发射包括检测光子(包括X射线)。根据本发明的优选实施例，检测来自样本的发射包括检测来自表面下面的材料的 发射。根据本发明的优选实施例，用于产生或者修改样本的系统包括 用于容纳样本的样本容器；
用于把激光束朝向样本引导的快速脉冲激光器；以及
用于检测来自样本的由激光束的撞击导致的发射的检测器，该发射表示样本的特征。根据本发明的优选实施例，用于产生或者修改样本的系统包括把样本容纳在真空 中的样本容器。根据本发明的优选实施例，用于产生和修改样本的系统包括发射检测器，所述发 射检测器是电子检测器。该发射检测器还可以包括质谱仪或者光谱仪，感应耦合等离子体 质谱仪或者光谱仪，光子检测器，能量分散型X射线光谱检测器，或者波长分散型X射线光 谱检测器。根据本发明的优选实施例，用于产生和修改结构的设备包括 用于容纳样本的真空室；
用于对真空室内的样本进行操作的激光系统，该激光系统包括透镜； 用于使在带电粒子或者激光束撞击时从样本发射的二次粒子偏转离开激光系统透镜 以防止激光系统透镜受到二次粒子的损坏的偏转器；
用于使在带电粒子或者激光束撞击时从样本发射的二次粒子偏转离开带电粒子光学 列部件以防止带电粒子光学列部件受到二次粒子的损坏的偏转器；和/或
用于使在带电粒子或者激光束撞击时从样本发射的二次粒子偏转离开该设备的任何 部件以防止该设备的该部件受到二次粒子的损坏的偏转器。根据本发明的设备的优选实施例，偏转器包括电连接到放大器以确定二次粒子电流的电极、一组电极或者磁偏转器。根据本发明的优选实施例，产生或者修改结构的方法，包括
提供包括用于容纳样本的真空室、带电粒子束列和激光系统的系统，所述激光系统包 括用于对真空室内的样本进行操作的透镜；
把带电粒子束朝向样本引导，带电粒子束的撞击引起二次粒子的发射；
提供使二次粒子偏转离开激光系统透镜以防止激光系统透镜受到二次粒子的损坏的
场；
提供使二次粒子偏转离开检测器的发射检测器的场；以及 提供使二次粒子偏转离开带电粒子光学列的部件的场。根据本发明的优选实施例，使二次粒子偏转离开激光系统透镜的所述透镜的方法 包括提供用以产生静电场以使带电粒子偏转的电极，或者提供任何数目的电极以产生被 设计成使带电粒子偏转的电场。虽然已详细地描述了本发明及其优点，但应当理解的是，在不脱离由所附权利要 求定义的本发明的精神和范围的情况下可以在本文中进行各种变化、替换和修改。此外， 本申请的范围并不意图局限于本说明书中所描述的过程、机器、制造、物质的组成、手段、方 法和步骤的特定实施例。如本领域的普通技术人员将容易地从本发明的公开认识到的，根 据本发明，可以利用执行与本文所描述的相应实施例基本相同的功能或实现基本上相同的 结果的、目前存在或稍后将开发的过程、机器、制造、物质的组成、手段、方法或步骤。因此， 所附权利要求意图将这样的过程、机器、制造、物质的组成、手段、方法或步骤包括在其范围 内。
权利要求
1.一种通过激光束处理产生或修改结构的方法，包括把激光束朝向样本引导以产生或者修改结构；检测来自所述样本的由所述激光束的入射引起的发射；确定所述发射的属性，所述属性表示所述样本的特征；以及当所述发射指示所述激光束入射到其上的材料的变化时改变所述激光束处理。
2.如权利要求1所述的方法，其中，改变所述激光束处理包括停止把所述激光束朝向 所述样本引导。
3.如权利要求1所述的方法，其中，改变所述激光束处理包括改变气流、改变诸如每 脉冲的能流的激光器参数、阻挡电子或离子束或者移动支撑所述样本的台。
4.如权利要求1所述的方法，其中，把激光束朝向样本引导包括在具有小于10_3毫巴 的压强的环境中把激光束朝向样本引导。
5.如权利要求1所述的方法，其中，把激光束朝向样本引导包括在具有小于50毫巴的 压强的环境中把激光束朝向样本引导。
6.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括确定从所述样本发射的 电子流。
7.如权利要求6所述的方法，其中，确定从所述表面发射的电子流包括测量所述样本 和直接或者间接接触所述样本的地线之间的电流。
8.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括确定从所述样本发射的 电子的能量。
9.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括检测从所述样本发射的 光子。
10.如权利要求9所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括检测具有特征波长的光子。
11.如权利要求10所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括过滤具有除所述特征 波长之外的波长的光子。
12.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括确定从所述表面发射的 粒子的质量。
13.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括确定从所述表面发射的 粒子的荷质比。
14.如权利要求12所述的方法，还包括在确定从所述表面发射的粒子的质量之前使中 性粒子离子化。
15.如权利要求14所述的方法，其中，使中性粒子离子化包括使用激光束使中性粒子 1 子化ο
16.如权利要求14所述的方法，其中，使中性粒子离子化包括使用电子束使中性粒子 1 子化ο
17.如权利要求14所述的方法，其中，使中性粒子离子化包括引导具有时延的激光束 以使通过第一激光束从所述样本喷射的演进发射离子化。
18.如权利要求14所述的方法，其中，使中性粒子离子化包括使用第二激光束使中性 粒子离子化。
19.如权利要求1所述的方法，其中，确定从所述表面发射的粒子的质量包括使用感应 耦合等离子体质谱分析法确定所述质量。
20.如权利要求1所述的方法，其中，把激光束朝向样本引导包括把具有小于一皮秒的 脉冲持续时间的脉冲激光朝向所述样本弓I导。
21.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括使用窄带检测器来检测 仅具有指定属性的发射。
22.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括确定所述发射的电流。
23.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括确定所述发射的能量。
24.如权利要求1所述的方法，还包括把带电粒子束朝向所述样本引导。
25.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括确定所述发射的能谱。
26.一种在样本上产生结构的方法，包括把激光束朝向样本引导以产生或者修改结构；把带电粒子束朝向所述样本引导；检测来自所述样本的由所述带电粒子束的入射所引起的发射；确定所述发射的属性，所述属性表示所述样本的特征；以及当所述发射指示所述激光束入射到其上的材料的变化时改变激光束处理。
27.如权利要求沈所述的方法，其中，所述激光和粒子束同时入射在所述样本上。
28.如权利要求沈所述的方法，其中，所述激光和粒子束相继地入射在所述样本上。
29.如权利要求沈所述的方法，其中，所述带电粒子束是电子束。
30.如权利要求沈所述的方法，其中，所述带电粒子束是电子束，且其中检测来自所述 样本的由所述带电粒子束的入射引起的发射包括检测二次电子、后向散射的电子或者透射 的电子。
31.如权利要求沈所述的方法，其中，所述带电粒子束是电子束，且其中检测来自所述 样本的由所述带电粒子束的入射引起的发射包括检测光子(包括X射线)。
32.如权利要求沈所述的方法，其中，所述带电粒子束是电子束，且其中检测来自样本 的发射包括检测来自所述表面下面的材料的发射。
33.如权利要求沈所述的方法，其中，所述带电粒子束是离子束。
34.一种用于产生或者修改样本的系统，包括用于容纳样本的样本容器；用于把激光束朝向所述样本引导的快速脉冲激光器；用于检测来自所述样本的由所述激光束的撞击导致的发射的检测器，所述发射表示所 述样本的特征。
35.如权利要求34所述的系统，其中，样本容器把所述样本容纳在真空中。
36.如权利要求34所述的系统，其中，所述发射检测器包括电子检测器。
37.如权利要求34所述的系统，其中，所述发射检测器包括质谱仪或者光谱仪。
38.如权利要求34所述的系统，其中，所述发射检测器包括感应耦合等离子体质谱仪 或者光谱仪。
39.如权利要求34所述的系统，其中，所述发射检测器是光子检测器。
40.如权利要求34所述的系统，其中，所述发射检测器是能量分散型X射线光谱检测
41.如权利要求34所述的系统，其中，所述发射检测器是波长分散型X射线光谱检测器
42.一种用于产生或者修改结构的设备，包括 用于容纳样本的真空室；用于对所述真空室中的所述样本进行操作的激光系统，所述激光系统包括透镜； 用于使在带电粒子或者激光束撞击时从样本发射的二次粒子偏转离开激光系统透镜 以防止该激光系统透镜受到二次粒子的损坏的偏转器；用于使在带电粒子或者激光束撞击时从样本发射的二次粒子偏转离开带电粒子光学 列部件以防止该带电粒子光学列部件受到二次粒子的损坏的偏转器；和/或用于使在带电粒子或者激光束撞击时从样本发射的二次粒子偏转离开该设备的任何 部件以防止该设备的所述部件受到二次粒子的损坏的偏转器。
43.如权利要求42所述的设备，其中，所述偏转器包括电极，所述电极电连接到放大器 以确定二次粒子电流。
44.如权利要求42所述的设备，其中，所述偏转器包括一组电极。
45.如权利要求42所述的设备，其中，所述偏转器包括磁偏转器。
46.一种产生或者修改结构的方法，包括提供包括用于容纳样本的真空室、带电粒子束列和激光系统的系统，所述激光系统包 括用于对真空室内的样本进行操作的透镜；把带电粒子束朝向样本引导，带电粒子束的撞击引起二次粒子的发射；提供使二次粒子偏转离开激光系统透镜以防止激光系统透镜受到二次粒子的损坏的场；提供使二次粒子偏转离开发射检测器的场；以及 提供使二次粒子偏转离开带电粒子光学列的部件的场。
47.如权利要求46所述的方法，其中，使所述二次粒子偏转离开所述激光系统透镜的 所述透镜包括提供用以产生静电场以使所述带电粒子偏转的电极。
48.如权利要求46所述的方法，其中，提供用以产生静电场以使所述二次带电粒子偏 转的电极包括提供任何数目的电极以产生被设计成使所述带电粒子偏转的电场。
49.一种通过激光束处理产生或者修改结构的方法，包括 把激光束朝向样本引导以产生或者修改结构检测来自所述样本的发射；确定所述发射的属性，所述属性表示所述样本的特征；以及 当所述发射指示所述激光束入射到其上的材料的变化时改变所述激光束处理。
50.如权利要求49所述的方法，其中，检测来自所述样本的发射包括检测从所述样本 发射的发光、电子、离子、中性原子或分子或者离子/小滴。
51.如权利要求49或50所述的方法，其中，来自所述样本的所述发射由所述激光束的入射引起。
52.如权利要求49或50所述的方法，还包括把带电粒子束朝向所述样本引导。
53.如权利要求52所述的方法，其中，来自所述样本的所述发射由所述带电粒子束的入射引起。
54.如权利要求53所述的方法，还包括提供包括用于容纳样本的真空室、带电粒子束列、激光系统和发射检测器的系统，所述 激光系统包括用于对所述真空室内的所述样本进行操作的透镜，所述发射检测器用于检测 来自所述样本的发射；提供使由所述带电粒子束的入射产生的二次粒子偏转离开所述激光系统透镜以防止 所述激光系统透镜受到所述二次粒子的损坏的场；提供使所述二次粒子偏转离开发射检测器的场；以及提供使所述二次粒子偏转离开所述带电粒子光学列的部件的场。
55.如权利要求49-54中任一项所述的方法，其中，改变所述激光束处理包括停止把 所述激光束朝向所述样本引导、改变气流、改变诸如每脉冲的能流的激光器参数、阻挡电子 或离子束或者移动支撑所述样本的台。
56.如权利要求49-55中任一项所述的方法，其中，把激光束朝向样本引导包括在具有 小于10_3毫巴或者小于50毫巴的压强的环境中把激光束朝向样本引导。
57.如权利要求49-56中任一项所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括确定从所 述样本发射的电子流。
58.如权利要求57所述的方法，其中，确定从所述表面发射的电子流包括测量所述样 本和直接或者间接接触所述样本的地线之间的电流。
59.如权利要求49-58中任一项所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括确定从所 述样本发射的电子的能量。
60.如权利要求49-58中任一项所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括检测从所 述样本发射的光子。
61.如权利要求49-58中任一项所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括检测具有 特征波长的光子。
62.如权利要求61所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括过滤具有除了所述特 征波长之外的波长的光子。
63.如权利要求49-62中任一项所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括确定从所 述表面发射的粒子的质量。
64.如权利要求49-63中任一项所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括确定从所 述表面发射的粒子的荷质比。
65.如权利要求63所述的方法，还包括在确定从所述样本发射的粒子的质量之前使中 性粒子离子化。
66.如权利要求65所述的方法，其中，使中性粒子离子化包括使用激光束使中性粒子 1 子化ο
67.如权利要求65所述的方法，其中，使中性粒子离子化包括使用电子束使中性粒子 1 子化ο
68.如权利要求65所述的方法，其中，使中性粒子离子化包括引导具有时延的激光束 以使通过第一激光束从所述样本喷射的演进发射离子化。
69.如权利要求65所述的方法，其中，使中性粒子离子化包括使用第二激光束使中性粒子离子化。
70.如权利要求63所述的方法，其中，确定从所述表面发射的粒子的质量包括使用感 应耦合等离子体质谱分析法确定所述质量。
71.如权利要求49-70中任一项所述的方法，其中，把激光束朝向样本引导包括把具有 小于一皮秒的脉冲持续时间的脉冲激光朝向所述样本弓I导。
72.如权利要求49-71中任一项所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括使用窄带 检测器来检测仅具有指定属性的发射。
73.如权利要求49-72中任一项所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括确定所述 发射的电流。
74.如权利要求49-73中任一项所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括确定所述 发射的能量。
75.如权利要求49-74中任一项所述的方法，其中，确定所述发射的属性包括确定所述 发射的能谱。
全文摘要
通过使用终点确定或者通过使用带电粒子束和激光一起来加强激光处理。终点确定使用来自基底的发射确定激光下的材料何时已经改变或者将要改变，所述发射诸如光子、电子、离子或中性粒子。从样本去除的材料能够被偏转以避免沉积到激光光学器件上。
文档编号G01N23/225GK102149509SQ200980135211
公开日2011年8月10日 申请日期2009年7月8日 优先权日2008年7月9日
发明者D·H·纳鲁姆, 费恩 G·N·A·范, G·克尼佩尔斯, M·乌特劳特, M·托思, M·斯特劳 申请人:Fei公司