專利名稱：寬孔徑維恩ExB質(zhì)量過(guò)濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶電粒子束系統(tǒng)，具體涉及用于離子束系統(tǒng)的質(zhì)量過(guò)濾器。
背景技術(shù)：
一些聚焦離子束(FIB)鏡筒預(yù)期與發(fā)射多個(gè)離子種類的離子源一起使用。為了針對(duì)要在襯底上聚焦的波束選擇這些離子種類中的僅一個(gè)種類，F(xiàn)IB鏡筒將典型地包括質(zhì)量過(guò)濾器。一種類型的質(zhì)量過(guò)濾器“維恩(Wien)過(guò)濾器”使用交叉的電場(chǎng)和磁場(chǎng)(ExB)來(lái)離軸偏轉(zhuǎn)不期望的離子種類，從而使其撞擊質(zhì)量分離孔徑，并且該質(zhì)量過(guò)濾器還被稱作“ExB過(guò)濾器”。電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相對(duì)強(qiáng)度被設(shè)置為使得所期望的離子種類將未偏轉(zhuǎn)地經(jīng)過(guò)質(zhì)量過(guò)濾器，然后經(jīng)過(guò)質(zhì)量分離孔徑，并將最終聚焦在襯底表面上。離子在“物理孔徑”(即，由電和磁極面包圍的區(qū)域)內(nèi)經(jīng)過(guò)維恩過(guò)濾器。理想地，在由電和磁極圍繞的整個(gè)過(guò)濾器容積中，磁場(chǎng)和電場(chǎng)將彼此垂直。由于電場(chǎng)和磁場(chǎng)向著極 的邊緣扭曲，并且這些場(chǎng)僅向著過(guò)濾器區(qū)的中心接近理想的垂直定向和正確的場(chǎng)強(qiáng)比B/E，因此“光學(xué)”孔徑(即，其內(nèi)可使用質(zhì)量分離的孔徑)通常比物理孔徑小得多，但比質(zhì)量過(guò)濾器內(nèi)的波束直徑大。將期望磁極和電極均遠(yuǎn)離波束軸向外延伸完全經(jīng)過(guò)物理孔徑，使得極末端遠(yuǎn)離過(guò)濾器區(qū)，從而使這些場(chǎng)在物理孔徑內(nèi)更均勻，由此擴(kuò)大實(shí)際接受孔徑。然而，這是不可能的，原因在于電和磁極將彼此物理干擾。在源與襯底之間具有中間交叉(crossover)的聚焦離子束鏡筒中，小的光學(xué)孔徑可能是可接受的，這是由于該波束的直徑相對(duì)小。許多聚焦離子束(FIB)鏡筒包括一個(gè)或多個(gè)交叉，典型地處于FIB鏡筒中的多個(gè)透鏡之間?？梢栽阽R筒中生成交叉，以允許在源與目標(biāo)之間比在沒(méi)有交叉的情況下在鏡筒中可能可實(shí)現(xiàn)的更寬范圍的放大。如果波束在經(jīng)過(guò)質(zhì)量過(guò)濾器之后聚焦至交叉，則可以存在多個(gè)交叉，所有均處于大致相同的平面中，其中每個(gè)交叉與波束中的不同荷質(zhì)比相對(duì)應(yīng)。例如，在硅金合金液態(tài)金屬離子源(LMIS)中，將典型地存在針對(duì)硅和金的單電荷和雙電荷單原子離子以及單電荷或多電荷硅和/或金多原子離子的交叉。如果具有足夠小的孔徑開(kāi)口(一般大于交叉的直徑)的質(zhì)量過(guò)濾器孔徑置于這些交叉的平面中，則這些離子種類中的僅一個(gè)離子種類將經(jīng)過(guò)孔徑以便后續(xù)聚焦在目標(biāo)上，而所有其他離子種類將撞擊孔徑板，由此被阻止傳至FIB鏡筒的下部中。具有交叉的優(yōu)勢(shì)在于與沒(méi)有交叉的情況相比，在質(zhì)量過(guò)濾器中需要更小的分散以完全分離各個(gè)離子種類。質(zhì)量過(guò)濾器孔徑處的交叉用作質(zhì)量過(guò)濾器以下的探針形成光學(xué)器件的虛擬源。然而，離子束中的不可避免的能量擴(kuò)展度將導(dǎo)致交叉沿質(zhì)量分散軸的模糊，從而潛在地造成目標(biāo)處的聚焦波束的模糊。交叉還具有以下劣勢(shì)1)隨著粒子在交叉自身處更近地集合在一起，靜電排斥增大；2)由于交叉，在整個(gè)鏡筒中波束一般更小，從而增大空間電荷排斥；以及3)由于質(zhì)量分離孔徑板處的更高波束電流密度，對(duì)質(zhì)量分離孔徑的濺射損傷增大。由于空間電荷效應(yīng)而引起的靜電排斥放射狀地?cái)U(kuò)展了波束(Loeffler效應(yīng))并增大了能量擴(kuò)展度(Boersch效應(yīng))，這兩個(gè)效應(yīng)均趨于降低工件表面處的波束電流密度。在不具有中間交叉的聚焦離子束鏡筒中，波束直徑更大，并且典型現(xiàn)有技術(shù)質(zhì)量過(guò)濾器的更小光學(xué)孔徑可能更成問(wèn)題。在現(xiàn)有技術(shù)中存在具有寬光學(xué)孔徑的ExB質(zhì)量過(guò)濾器的示例，但是這種現(xiàn)有技術(shù)質(zhì)量過(guò)濾器具有其他缺陷。這種具有較寬光學(xué)孔徑的現(xiàn)有技術(shù)質(zhì)量過(guò)濾器的一個(gè)不例在“Achromatic two-stage ExB mass filter for a focusedion beam column with collimated beam”，Teichert, J. , and Tiunov, M. A. , Meas.Sci. Technol. 4 (1993) pp. 754-763 (參見(jiàn)圖5至8)中示意。該現(xiàn)有技術(shù)質(zhì)量過(guò)濾器(參見(jiàn)圖5)中的靜電電極比電極間距(圖5中的物理孔徑的水平尺寸)寬得多(圖5中的物理孔徑的垂直尺寸)，以使E場(chǎng)在大致具有電極間隙的水平和垂直尺寸的光學(xué)孔徑上相對(duì)均勻(即，該光學(xué)孔徑大致是正方形的，而物理孔徑是垂直方向上尺寸實(shí)質(zhì)上更大的矩形)。更加正方的物理孔徑比矩形物理孔徑更優(yōu)選，這是由于物理孔徑的區(qū)域的更大部分于是可用于圓形波束。磁極(作為寬電極的結(jié)果)有必要離得相對(duì)遠(yuǎn)(圖5中的垂直方向)。為了實(shí)現(xiàn)磁極靴的寬度(水平方向上測(cè)量)與極靴間隙(垂直間距)之間的高比率，該現(xiàn)有技術(shù)ExB設(shè)計(jì)需要比物理孔徑的寬度大幾倍的磁極靴寬度(參見(jiàn)圖5)——這使磁電路相對(duì)低效，從而需要實(shí)質(zhì)上增大的永久磁體強(qiáng)度或磁線圈勵(lì)磁，以在物理孔徑中實(shí)現(xiàn)充分的B場(chǎng)強(qiáng)度。該 參考文獻(xiàn)的第3節(jié)教導(dǎo)了分離的電極和磁極的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)方案，其中電極和磁極均為電導(dǎo)體且均不是電阻性的。Teichert和Tiunov討論了在該現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)方案的約束內(nèi)通過(guò)對(duì)寬度和間隙的調(diào)整而對(duì)其ExB過(guò)濾器的質(zhì)量分離特性的優(yōu)化。Parker 和 Robinson 的美國(guó)專利 No. 4, 929, 839 “Focused Ion Beam Column” 描述了一種具有兩個(gè)三元件靜電透鏡的全靜電FIB鏡筒，其能夠在從4 keV至150 keV的能量范圍上將離子束聚焦在襯底上。鏡筒包含ExB維恩過(guò)濾器和靜電熄滅器。最后透鏡以下的單個(gè)靜電八極裝置掃描襯底上的波束。最后透鏡以下的大工作距離實(shí)現(xiàn)了用于電荷中和的附加光學(xué)元件的潛在插入和/或用于成像或SIMS的次級(jí)離子的收集。維恩過(guò)濾器處的波束能量相對(duì)高，30 keV，從而降低了由質(zhì)量分離而引發(fā)的色差。在鏡筒中通過(guò)第一(上)透鏡形成中間交叉一該交叉通常處于維恩過(guò)濾器以下的孔徑的平面處。Parker 的美國(guó)專利 No. 4，789，787 “Wien Filter Design” 描述了一種維恩 ExB質(zhì)量或速度過(guò)濾器，其中光學(xué)孔徑是物理孔徑的大小的實(shí)質(zhì)一小部分。該專利描述了使用鐵素體磁極靴來(lái)生成與經(jīng)過(guò)維恩過(guò)濾器的離子束的方向大致垂直的磁場(chǎng)。流經(jīng)鐵素體的電流使得能夠在電極靴之間生成均勻電場(chǎng)，其中沒(méi)有由于磁極靴引起的負(fù)面效應(yīng)。以與兩個(gè)電極靴均物理和電氣接觸的方式夾住兩個(gè)鐵素體極靴中的每一個(gè)，這兩個(gè)電極靴可以由不銹鋼或任何其他非磁性導(dǎo)電材料組成。在電極上施加以生成電場(chǎng)的電壓使電流流經(jīng)與電極靴接觸的鐵素體。不存在分離的電連接以與對(duì)兩個(gè)電極施加的電壓無(wú)關(guān)地給鐵素體提供電壓。該電流使維恩過(guò)濾器中的電場(chǎng)線變直。由此，所述的維恩過(guò)濾器被表征為在電極靴和磁極靴之間具有接觸，以實(shí)現(xiàn)由在與維恩過(guò)濾器中的兩個(gè)電極靴之間的電場(chǎng)的方向平行的兩個(gè)鐵素體極靴中流動(dòng)的電流引起的電場(chǎng)包圍過(guò)程。通過(guò)對(duì)電極靴施加的電壓的小變化，可以沿電場(chǎng)軸并排地引導(dǎo)波束。該專利中描述的維恩過(guò)濾器不具有沿磁場(chǎng)軸施加偏轉(zhuǎn)場(chǎng)的能力。此外，不存在施加四極電場(chǎng)以對(duì)波束消像散(Stigmate)的能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種與聚焦離子束系統(tǒng)一起使用的改進(jìn)ExB維恩質(zhì)量過(guò)濾器。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選ExB過(guò)濾器提拱了具有與磁場(chǎng)平行和垂直的分量的可調(diào)整電場(chǎng)。可調(diào)整電場(chǎng)可以補(bǔ)償物理電極的非理想配置，以提供寬光學(xué)孔徑。在一些實(shí)施例中，可調(diào)整電場(chǎng)還可以提供X-Y波束偏轉(zhuǎn)的能力， 其可以用于波束對(duì)準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，可調(diào)整電場(chǎng)還可以提供波束消像散，其可以用于校正由質(zhì)量過(guò)濾器引發(fā)的一些像差。以上相當(dāng)寬地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以便可以更好地理解以下本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。以下將描述本發(fā)明的附加特征和優(yōu)勢(shì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，所公開(kāi)的概念和具體實(shí)施例可以容易地用作修改或設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的相同目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，這種等效構(gòu)造并不脫離所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的精神和范圍。


為了更透徹地理解本發(fā)明及其優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在參照結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，在附圖中
圖I是包括維恩ExB質(zhì)量過(guò)濾器的兩透鏡聚焦離子束(FIB)鏡筒的側(cè)面示意橫截面視圖。圖2是與離子通過(guò)質(zhì)量過(guò)濾器的大體傳播方向垂直的橫截面中所示的維恩過(guò)濾器的示意圖。圖3是具有雙偏轉(zhuǎn)像差校正ExB維恩質(zhì)量過(guò)濾器的兩透鏡鏡筒的示意側(cè)面橫截面視圖。圖4是現(xiàn)有技術(shù)維恩過(guò)濾器中的磁場(chǎng)線的示意。圖5是現(xiàn)有技術(shù)維恩過(guò)濾器中的電場(chǎng)線的示意。圖6是僅實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分離的本發(fā)明的實(shí)施例中的磁場(chǎng)線的示意。圖7是僅實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分離的本發(fā)明的實(shí)施例中的電場(chǎng)線的示意。圖8是僅實(shí)現(xiàn)Y軸偏轉(zhuǎn)的本發(fā)明的實(shí)施例中的電場(chǎng)線的示意。圖9是實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分離和Y軸偏轉(zhuǎn)的本發(fā)明的實(shí)施例中的電場(chǎng)線的示意。圖10是僅實(shí)現(xiàn)消像散的本發(fā)明的實(shí)施例中的電場(chǎng)線的示意。圖11是實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分離和消像散的本發(fā)明的實(shí)施例中的電場(chǎng)線的示意。
具體實(shí)施例方式與典型現(xiàn)有技術(shù)質(zhì)量過(guò)濾器和聚焦離子束系統(tǒng)相比，本發(fā)明的實(shí)施例可以提供一個(gè)或多個(gè)優(yōu)勢(shì)。不是所有實(shí)施例將提供所有益處。本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了可以基于種類的荷/質(zhì)比對(duì)波束中的離子種類進(jìn)行分離的ExB質(zhì)量過(guò)濾器。本發(fā)明的一些實(shí)施例可以提供質(zhì)量過(guò)濾器的大光學(xué)孔徑。本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了對(duì)質(zhì)量過(guò)濾器中的交叉電場(chǎng)和磁場(chǎng)引發(fā)的像散的校正。本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了波束在與電場(chǎng)平行的方向上的靜電偏轉(zhuǎn)。本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了波束在與磁場(chǎng)平行的方向上的靜電偏轉(zhuǎn)。與Teichert和Tiunov不同，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了更高效的磁電路，這是由于極靴間隙是物理孔徑的大小。由于極靴間隙更小，因此極靴寬度也可以更小以獲得物理孔徑內(nèi)的B場(chǎng)均勻性所需的相同間隙寬 匕匕。在一些實(shí)施例中，磁極延伸經(jīng)過(guò)過(guò)濾器區(qū)，使得這些極的末端遠(yuǎn)離過(guò)濾器區(qū)，從而在過(guò)濾器區(qū)中產(chǎn)生更均勻的磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，通過(guò)在磁極上提供線性分級(jí)的電勢(shì)(即，與額定ExB電場(chǎng)方向平行)來(lái)使由磁極和電極的內(nèi)表面限定的物理孔徑中的電場(chǎng)更均勻。磁極上的線性分級(jí)的電勢(shì)還可以偏轉(zhuǎn)與磁場(chǎng)平行或與ExB電場(chǎng)平行的波束。此外，可調(diào)整電場(chǎng)可以生成消像散所需的四極靜電場(chǎng)。通過(guò)在物理孔徑的一側(cè)的電阻性材料上施加電壓來(lái)產(chǎn)生電勢(shì)，從而在電阻性材料上生成電壓降。典型地，電阻性材料是磁極或者附著至磁極的材料。在物理孔徑的相對(duì)側(cè)的兩個(gè)電阻性極上產(chǎn)生可調(diào)整電場(chǎng)。通過(guò)調(diào)整電阻性材料中的一個(gè)或兩個(gè)的兩個(gè)末端上的電壓，可以調(diào)整過(guò)濾器區(qū)中的電場(chǎng)。圖I是聚焦離子束(FIB)鏡筒104中的維恩(ExB)質(zhì)量過(guò)濾器102的側(cè)面橫截面視圖，聚焦離子束(FIB)鏡筒104包括組合以將離子束聚焦到襯底表面112上的上透鏡106和下透鏡108。示出了三個(gè)不同離子種類的離子110，其由源尖端114發(fā)射，由在源尖端114與提取器電極(未示出)之間施加的電壓引發(fā)。該源結(jié)構(gòu)是液態(tài)金屬離子源(LMIS)特有的， 然而在本發(fā)明中可以使用其他類型的離子源。然后，上透鏡106將離子110聚焦到質(zhì)量分離孔徑122的平面120中。圖2中更詳細(xì)示出的維恩過(guò)濾器102包括產(chǎn)生靜電場(chǎng)的電極130以及兩個(gè)磁極132 (示出了一個(gè))。磁極132處于圖I的平面前和后，并且僅示出了圖I的平面后的極132。極132之間的磁場(chǎng)可以由在線圈中流動(dòng)的電流或由永久磁體生成。維恩過(guò)濾器102尚軸偏轉(zhuǎn)低質(zhì)量尚子136和聞質(zhì)量尚子138,留下中質(zhì)量尚子140大部分未偏轉(zhuǎn)。然后，這些中質(zhì)量離子140經(jīng)過(guò)孔徑122并由下透鏡108聚焦到襯底表面112上。對(duì)于相同波束能量，低質(zhì)量離子136比高質(zhì)量離子138具有更高速度。由于電力對(duì)于所有離子(具有相同電荷)來(lái)說(shuō)相同，而磁力與速度成比例，因此較快的低質(zhì)量離子136將比較慢的高質(zhì)量離子138被磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)得更多——由此在磁力的方向上(向左)偏轉(zhuǎn)較低質(zhì)量離子，而在電場(chǎng)的方向上(向右)偏轉(zhuǎn)高質(zhì)量離子。對(duì)于中質(zhì)量離子140，電力和磁力是平衡的(SP，在相反方向上具有相等量值)，從而未給出凈力。ExB過(guò)濾器102根據(jù)本領(lǐng)域公知的原理進(jìn)行操作交叉電場(chǎng)和磁場(chǎng)(兩者均大體與經(jīng)過(guò)質(zhì)量過(guò)濾器的波束方向垂直)與波束移動(dòng)橫切地、沿相反方向在波束中的離子上引發(fā)力。這兩個(gè)力的相對(duì)強(qiáng)度由電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度確定，所述電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度由激勵(lì)電極130和磁極132的電壓源和電流源控制。在圖I中，電場(chǎng)142在圖的平面中是水平的(從左側(cè)的正電極130指向右側(cè)的負(fù)電極130——由此，正離子上的電力將導(dǎo)向右側(cè))，而磁場(chǎng)144與該圖的平面垂直并指向該圖的平面外(使正離子上的磁力向左)。如果離子源114正發(fā)射具有不同的荷質(zhì)比的多個(gè)離子種類，則可以將電場(chǎng)142和磁場(chǎng)144設(shè)置為使得一個(gè)種類可以無(wú)偏轉(zhuǎn)地經(jīng)過(guò)ExB質(zhì)量過(guò)濾器——在圖I中，該種類是中質(zhì)量離子140。分別將低質(zhì)量離子136和高質(zhì)量離子138偏轉(zhuǎn)至左和右，如圖所示。僅中質(zhì)量離子140經(jīng)過(guò)質(zhì)量分離孔徑122，然后被下透鏡108聚焦到襯底表面112上。在ExB質(zhì)量過(guò)濾器102的頂部和底部處，場(chǎng)終止板150切斷電場(chǎng)和磁場(chǎng)，從而減小了像差。離子鏡筒104包括質(zhì)量選擇孔徑122的平面120中的交叉，而其他實(shí)施例可能不包括交叉，其中虛擬源位于尖端114以上或襯底112以下。圖2示出了使用兩個(gè)靜電極靴130R和130L的質(zhì)量過(guò)濾器200的實(shí)施例，其中每一個(gè)靜電極靴具有分離的電連接。假定波束移動(dòng)大體沿著Z軸(與該圖的平面垂直)。第一電極130R位于+X軸上與Y軸(垂直中央線)距離LXl處，具有所施加的電壓VA。第二電極130L位于-X軸上與Y軸距離-LXl處，具有所施加的電壓VC。電極面被定向?yàn)榕cY-Z平面平行。VA和VC的值將是基于標(biāo)準(zhǔn)維恩過(guò)濾器操作考慮(參見(jiàn)以下內(nèi)容)來(lái)選擇的。存在兩個(gè)磁極202U和202L，它們被定位為其極面被定向?yàn)榕cX-Z平面平行且處于+Y和-Y軸上的位置土LY處。線圈和/或永久磁體可以激勵(lì)極靴202U和202L，從而生成與Y軸平行的磁場(chǎng)。極靴202U和202L由鐵素體或某種類似的電阻性磁材料(典型地，處于從IO6至IO8 ohm-cm的電阻率范圍內(nèi))制造。上(+Y軸)磁極具有兩個(gè)電連接一個(gè)處于+X端(VBl)而另一個(gè)處于-X端(VB2)。下(-Y軸)磁極也具有兩個(gè)電連接一個(gè)處于+X端(VDl)而另一個(gè)處于-X端(VD2)。四個(gè)示例操作模式的極靴電壓 以下提供的四個(gè)示例示出了針對(duì)本發(fā)明的質(zhì)量過(guò)濾器102的各個(gè)操作模式的VA、W、VB1、VB2、VD1和VD2的可能電壓值。示例#1—在不具有偏轉(zhuǎn)或消像散的情況下的電壓設(shè)置
在僅期望質(zhì)量分離但不期望波束引導(dǎo)或消像散的情況下，對(duì)磁極的電壓將被設(shè)置如
下
VBl = VDl = (LX2/LX1) VmsVB2 = VD2 = -(LX2/LX1) Vms其中電極上的電壓將為
VA = VmsVC = -Vms
Vms的值是基于質(zhì)量分離的電場(chǎng)需求來(lái)選擇的，其中針對(duì)襯底處的波束中所期望的離子種類(例如，圖I中的被透鏡108聚焦到襯底112上的中質(zhì)量離子140)對(duì)離子上的電力和磁力進(jìn)行平衡。在該示例中，總體維恩過(guò)濾器的共模電壓被設(shè)置為0 V。如果離子源與維恩過(guò)濾器之間的電壓差是Vaccel，則單電離離子的能量將為經(jīng)過(guò)維恩過(guò)濾器的eVaccel。對(duì)于正離子，這將對(duì)應(yīng)于與維恩過(guò)濾器上的偏壓相對(duì)的源上的正偏壓Vaccel的情況。注意，該討論并未假定維恩過(guò)濾器必須處于地電勢(shì)處，而事實(shí)上，以上現(xiàn)有技術(shù)美國(guó)專利No. 4，929，839中的維恩過(guò)濾器可以從地上浮至120kV，其中源(150kV處)與維恩過(guò)濾器之間的電壓差為30kV。注意，在該第一示例中，軸上的靜電電壓是0 V。VBl與VB2之間的電壓降分散在磁極202U的長(zhǎng)度上。類似地，VDl與VD2之間的電壓降分散在磁極202L上。由于VBl=VDl且VB2=VD2，因此磁極202U和202L上具有相同X坐標(biāo)的點(diǎn)具有相同電勢(shì)，其與130L和130R之間沿X軸的相同坐標(biāo)處的電勢(shì)相同。由于沿由磁極202U和202L定義的物理孔徑的兩個(gè)邊界而變化的電勢(shì)等于在靜電極130L和130R之間的空間中變化的電勢(shì)，因此電場(chǎng)線在整個(gè)物理孔徑中保持很大程度上與X軸平行，從而延伸至磁極202U和202L的內(nèi)表面——參見(jiàn)圖7。示例#2—在具有Y軸偏轉(zhuǎn)但不具有消像散的情況下的電壓設(shè)置 在期望質(zhì)量分離和Y軸偏轉(zhuǎn)的第二示例中，對(duì)磁極的電壓將被設(shè)置如下VBl = (LX2/LX1) Vms + VYVB2 = - (LX2/LX1) Vms + VYVDl = (LX2/LX1) Vms - VYVD2 = - (LX2/LX1) Vms - VY其中電極上的電壓將為
VA = VmsVC = -Vms
如示例#1中的情況那樣。在該示例中，維恩過(guò)濾器200的共模電壓被設(shè)置為O V。Y軸靜電偏轉(zhuǎn)場(chǎng)僅由對(duì)兩個(gè)磁極施加的土VY電壓生成。通過(guò)疊加，可以與同VY成比例的(垂直)電場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)效果分離地考慮同Vms成比例的(水平)電場(chǎng)的效果。對(duì)于被選擇為經(jīng)過(guò)質(zhì)量過(guò)濾器的離子質(zhì)量種類(例如，圖I中的中質(zhì)量離子140)，中質(zhì)量離子140上的凈力將僅
由于由土VY電壓引發(fā)的Y軸(垂直)E場(chǎng)引起，這是因?yàn)橛捎?水平)電場(chǎng)142引起的中質(zhì)量離子140上的力(以上VBl、VB2、VDl和VD2的方程中的第一項(xiàng))將被沿X軸在相反方向上導(dǎo)向的磁力所抵消。由此，由土VY電壓引發(fā)的垂直E場(chǎng)不會(huì)與質(zhì)量過(guò)濾器200的質(zhì)量選擇操作發(fā)生干擾，這是由于垂直靜電力與質(zhì)量分離軸(X軸)垂直。示例#3—在具有消像散但不具有偏轉(zhuǎn)的情況下的電壓設(shè)置 在期望質(zhì)量分離和消像散的第三示例中，對(duì)磁極的電壓將被設(shè)置如下
VBl = (LX2/LX1) Vms - (LY/LX1)2 Vstig
VB2 = - (LX2/LX1) Vms - (LY/LX1)2 Vstig VDl = (LX2/LX1) Vms - (LY/LX1)2 Vstig VD2 = - (LX2/LX1) Vms - (LY/LX1)2 Vstig 其中電極上的電壓將為
VA = Vms + VstigVC = - Vms + Vstig
如示例#1和#2中的情況那樣，Vms是質(zhì)量分離所需的電極電壓。在該示例中，總體維恩過(guò)濾器的共模電壓被設(shè)置為0 V。消像散靜電四極場(chǎng)由與Vstig成比例的對(duì)靜電和磁極施加的電壓生成一注意，磁極上的電壓的(LY/LX1)2縮放因子用于補(bǔ)償電極(2 LX間隙)與磁極(2 LY間隙)之間的不同間隙距離一VB1、VB2、VDl和VD2的方程中的消像散項(xiàng)中的“2”的指數(shù)的原因在于用于波束消像散的四極電壓隨著離軸距離的平方而增加，而不是如以上示例#2中的偶極Y軸偏轉(zhuǎn)中那樣線性增加。根據(jù)像散的極性，Vstig的值可以為正或負(fù)。示例#4—一般情況一質(zhì)量分離、X-Y偏轉(zhuǎn)和消像散
在同時(shí)均期望質(zhì)量分離、X-Y偏轉(zhuǎn)和消像散的第四情況下，對(duì)磁極的電壓將被設(shè)置如
下
VBl = (LX2/LX1) (Vms + VX) +VY- (LY/LX1)2 Vstig VB2 = (LX2/LX1) (-Vms - VX) +VY- (LY/LX1)2 Vstig VDl = (LX2/LX1) (Vms + VX) -VY- (LY/LX1)2 Vstig VD2 = (LX2/LX1) (-Vms - VX) -VY- (LY/LX1)2 Vstig 其中電極上的電壓將為VA = Vms + VX + Vstig
VC = - Vms - VX + Vstig
在這種最一般的情況下，電壓定義如下
Vms =針對(duì)合適質(zhì)量分離所需的電壓 VX = X軸偏轉(zhuǎn)電壓(與質(zhì)量分離軸平行)
VY = Y軸偏轉(zhuǎn)電壓(與質(zhì)量分離軸垂直)
Vstig =消像散器電壓?，F(xiàn)有技術(shù)ExB質(zhì)量過(guò)濾器中的磁場(chǎng)和電場(chǎng)
圖4是現(xiàn)有技術(shù)維恩質(zhì)量過(guò)濾器400中的磁場(chǎng)線406、408和410的示意。磁場(chǎng)在上 (北)極412與下(南)極414之間延伸。假定電極402和404由非磁材料制成，那么磁場(chǎng)線410將無(wú)擾動(dòng)地延伸經(jīng)過(guò)電極402和404，如圖所示。沿著垂直中央線，磁線406具有合適的定向——精確地沿著Y軸(完全垂直)。由于與X軸平行的磁極412和414的窄寬度，ExB質(zhì)量過(guò)濾器的物理孔徑內(nèi)的磁場(chǎng)線408可以被視為向外膨脹，遠(yuǎn)離中央線。這種膨脹由磁場(chǎng)減小與在容積內(nèi)積分的B2 (其中B幸0)成比例的總存儲(chǔ)能量的趨勢(shì)引起。離軸更遠(yuǎn)，諸如對(duì)于磁線410，這種膨脹甚至更顯著。從圖4中清楚可見(jiàn)，B場(chǎng)線408不滿足合適ExB質(zhì)量分離的準(zhǔn)則，即，局部B場(chǎng)線不垂直于局部E場(chǎng)線(參見(jiàn)圖5)。圖5是圖4所示的現(xiàn)有技術(shù)維恩質(zhì)量過(guò)濾器400中的電場(chǎng)線506、508和510的示意。對(duì)電極402施加正電壓并對(duì)電極404施加負(fù)電壓——這生成了導(dǎo)向該圖的左側(cè)的大體水平的E場(chǎng)，如圖所示。磁極412和414均施加有0 V偏壓，與質(zhì)量過(guò)濾器400上的0 V共模電壓相對(duì)應(yīng)。沿著X軸，E場(chǎng)線506是完全水平的——與圖4的比較示出作為結(jié)果，沿著X軸，滿足一個(gè)ExB操作準(zhǔn)則E場(chǎng)是完全水平的，而B(niǎo)場(chǎng)(參見(jiàn)圖4)是完全垂直的——這些場(chǎng)是垂直的。沿著Y軸，E場(chǎng)線是水平的，這是由于ExB質(zhì)量過(guò)濾器具有關(guān)于Y軸的雙邊對(duì)稱性——由此沿著Y軸，還滿足垂直性準(zhǔn)則。附加問(wèn)題在于為了在電力與磁力之間合適地抵消以允許無(wú)偏轉(zhuǎn)地透射所期望的離子種類，還必須使E和B場(chǎng)的量值具有合適比率一這是除兩個(gè)場(chǎng)之間的垂直性的需求以外的。正如對(duì)于B場(chǎng)那樣，E場(chǎng)展示了向外膨脹以減小與在容積內(nèi)積分的E2 (其中E幸0)成比例的電場(chǎng)中的總存儲(chǔ)能量的趨勢(shì)。由于磁場(chǎng)和電場(chǎng)的膨脹，從圖4和5的比較中可見(jiàn)，沿著Y軸，磁場(chǎng)在中央(X軸和Y軸的交點(diǎn))處最弱，并向著磁極412和414增大。電場(chǎng)展現(xiàn)了沿X軸的相同行為在中央處最弱，并向著電極402和404增大。由此，甚至沿著E和B場(chǎng)滿足ExB垂直性需求的X軸和Y軸，場(chǎng)強(qiáng)是變化的，與合適ExB操作的準(zhǔn)則相反。最遠(yuǎn)的電場(chǎng)線510 “短路”至磁極412和414中，如圖所示一一這不是顯著的，原因在于經(jīng)質(zhì)量過(guò)濾的離子束將離軸不如場(chǎng)線510那么遠(yuǎn)。 ExB質(zhì)量分離的E和B場(chǎng)準(zhǔn)則
本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了用于改善滿足合適ExB質(zhì)量分離的兩個(gè)準(zhǔn)則時(shí)的上述困難的結(jié)構(gòu)
DE場(chǎng)和B場(chǎng)應(yīng)當(dāng)垂肓，其中E場(chǎng)被導(dǎo)向?yàn)榕cX軸平行而B(niǎo)場(chǎng)被導(dǎo)向?yàn)榕cY軸平行。2)E場(chǎng)和B場(chǎng)應(yīng)當(dāng)在所有點(diǎn)處具有相同強(qiáng)度比B / E，以便磁力抵消電力以施加至相同荷質(zhì)比的離子。為了在合適質(zhì)量過(guò)濾的情況下使離子最大化透射通過(guò)質(zhì)量過(guò)濾器(S卩，各處相同荷質(zhì)比的力抵消)，必須在最大可能孔徑上滿足這兩個(gè)準(zhǔn)則。圖6和7示意了本發(fā)明的磁場(chǎng)和電場(chǎng)，分別與現(xiàn)有技術(shù)的圖4和5相對(duì)應(yīng)。示例#1的電場(chǎng)——僅質(zhì)量分離
圖6是根據(jù)以上不例#1的本發(fā)明的實(shí)施例600的磁場(chǎng)線606、608和610的不意。上(北)極612和下(南)極614被視為與ExB質(zhì)量過(guò)濾器的物理孔徑相比寬得多，其中“物理孔徑”被定義為穿過(guò)由電極604和606以及磁極612和614的四個(gè)內(nèi)表面包圍的質(zhì)量過(guò)濾器的物理開(kāi)口。在圖7中示出了本發(fā)明的可以使磁極更寬的原因。由于更寬的磁極612和614，物理孔徑的邊緣附近的磁場(chǎng)線608與Y軸平行，如對(duì)于中央處的B場(chǎng)線606那樣。與圖7的比較示出了 在物理孔徑的大部分上滿足ExB垂直性準(zhǔn)則。盡管對(duì)于B場(chǎng)線610仍發(fā)生B場(chǎng)膨脹，但是這種膨脹處于物理孔徑之外，由此不對(duì)質(zhì)量過(guò)濾器600的操作有影響。在所有示例#1至#4中，磁場(chǎng)分布如圖6所示。圖7是圖6所示的本發(fā)明的實(shí)施例600中的電場(chǎng)線706和708的示意。通過(guò)電連接644來(lái)對(duì)電極602施加電壓VA (在該示例中被示為正——參見(jiàn)圖2)，并且通過(guò)電連接648來(lái)對(duì)電極604施加電壓VC (被示為負(fù))。電壓VA和VC之間的差生成了被導(dǎo)向至該圖 的左側(cè)的大體水平的E場(chǎng)。如圖2中所述，磁極612和614由電阻性材料制成。通過(guò)電連接654來(lái)對(duì)極612的右末端652施加電壓VBl (參見(jiàn)圖2)。類似地，分別通過(guò)電連接658、664和668來(lái)對(duì)極612和614的末端656,662和666施加電壓VB2、VD1和VD2。VBl與VB2之間的差生成了在水平方向上經(jīng)過(guò)磁極612的電流710，由于極612是電阻性的，因此電流710通過(guò)歐姆定律來(lái)在極612的內(nèi)表面上生成線性電壓梯度。由于VDl與VD2之間的電壓差，類似的考慮對(duì)電阻性磁極614成立。圖6和7適用于以上示例#1，其中不存在向?qū)|(zhì)量分離所需的E場(chǎng)添加的X-Y偏轉(zhuǎn)偶極或消像散四極場(chǎng)。示例#2的電場(chǎng)——質(zhì)量分離和Y軸偏轉(zhuǎn)
圖8和9示意了如以上示例#2中那樣針對(duì)本發(fā)明的ExB質(zhì)量過(guò)濾器內(nèi)的Y軸波束偏轉(zhuǎn)添加偶極E場(chǎng)的效果。圖8僅示出了用于生成Y軸偏轉(zhuǎn)偶極場(chǎng)的所添加的E場(chǎng)和電壓極性。如以上示例#2中所討論，由于E場(chǎng)疊加，因此我們可以與ExB質(zhì)量過(guò)濾器的質(zhì)量分離操作所需的X軸E場(chǎng)的效果分離地考慮該所添加的Y軸偶極E場(chǎng)的效果。在Y軸上，E場(chǎng)806將與Y軸平行，從而給出完全垂直的波束偏轉(zhuǎn)。由于導(dǎo)通電極602和604的效果而離軸的E場(chǎng)線808將稍微膨脹開(kāi)，如圖所示——這將導(dǎo)致與所期望的完全Y軸偏轉(zhuǎn)的小偏離。為了僅生成該偏轉(zhuǎn)E場(chǎng)，分別通過(guò)電連接654和658來(lái)對(duì)磁極612的兩個(gè)末端652和656施加電壓+VY，并且分別通過(guò)電連接664和668來(lái)對(duì)磁極614的兩個(gè)末端662和666施加電壓-VY (參見(jiàn)以上示例#2中的公式)。至于僅生成Y軸偶極E場(chǎng)(S卩，忽略ExB X軸E場(chǎng))，電極602和604上的電壓將為0 V，分別通過(guò)電連接644和648而施加。圖9示出了來(lái)自圖7的X軸ExB E場(chǎng)和來(lái)自圖8的Y軸偏轉(zhuǎn)偶極E場(chǎng)的疊加。該示例中的組合E場(chǎng)具有X分量和Y分量，造成E場(chǎng)向下和向左傾斜，如圖所示。本發(fā)明中的電極的操作的精確計(jì)算機(jī)建模指示了 對(duì)于比ExB操作所需的X軸E場(chǎng)更小的Y軸E場(chǎng)，可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)好的E場(chǎng)均勻性，S卩，在物理孔徑上，Y軸偏轉(zhuǎn)可以相當(dāng)均勻，而用于質(zhì)量分離的合適X軸E場(chǎng)基本上不受Y軸E場(chǎng)的添加影響。由此，中央E場(chǎng)線906以及外部場(chǎng)線908和912將具有相對(duì)于X軸幾乎相同的角度。在具有所添加的Y軸偶極E場(chǎng)的情況下，外部場(chǎng)線908可以終止910于電阻性磁極614上。其他外部場(chǎng)線912可以開(kāi)始914于電阻性磁極612上。
示例#3的電場(chǎng)——質(zhì)量分離和消像散
圖10和11示意了如以上示例#3中那樣針對(duì)本發(fā)明的ExB質(zhì)量過(guò)濾器內(nèi)的波束消像散添加四極E場(chǎng)的效果。圖10僅示出了用于生成消像散四極場(chǎng)的所添加的E場(chǎng)和電壓極性。如以上示例#3中所討論，由于E場(chǎng)疊加，因此我們可以與ExB質(zhì)量過(guò)濾器的質(zhì)量分離操作所需的X軸E場(chǎng)的效果分離地考慮該所添加的四極場(chǎng)的效果。為了僅生成該四極E場(chǎng)，分別通過(guò)電連接654和658來(lái)對(duì)磁極612的兩個(gè)末端652和656施加電壓-(LY/LX1)2 Vstig，并且分別通過(guò)電連接664和668來(lái)對(duì)磁極614的兩個(gè)末端662和666施加相同電壓——(LY/LX1)2 Vstig(參見(jiàn)以上示例#3中的公式)。至于僅生成四極E場(chǎng)(S卩，忽略ExB X軸E場(chǎng))，電極602和604上的電壓將均為+ Vstig，分別通過(guò)電連接644和648而施加。圖11示出了來(lái)自圖7的X軸ExB E場(chǎng)和來(lái)自圖10的消像散四極E場(chǎng)的疊加。由場(chǎng)線1106、1108和1110示意的組合E場(chǎng)從極602稍微露出，并稍微更弱地進(jìn)入極604——從對(duì)圖10中的場(chǎng)方向的觀察來(lái)看，這在直覺(jué)上合理。外部場(chǎng)線1110中的一些將終止于電阻性磁極612和614上，也從圖10來(lái)看在直覺(jué)上合理。大多數(shù)場(chǎng)線仍開(kāi)始和終止于電極602和604，如圖7中那樣，這是由于這里我們假定四極場(chǎng)強(qiáng)實(shí)質(zhì)上低于ExB操作所需的X軸雙極E場(chǎng)。極612和614之間的典型B場(chǎng)強(qiáng)度可以處于從3000至6000高斯的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地處于從4000至5000高斯的范圍內(nèi)。對(duì)極602和604施加的典型電壓(VA和VC)可以處于從1000至5000 V的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地處于從2000至3500 V的范圍內(nèi)。根據(jù)圖2中的公式，與電壓VA和VC成比例地縮放對(duì)極612和614的末端施加的典型電壓。與X軸平行的電極602和604的間距可以處于從5至20 mm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地處于從10至15 mm的范圍內(nèi)。與Y軸平行的磁極612和614的間距可以處于從5至20 mm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選 地處于從10至15 mm的范圍內(nèi)。軸向長(zhǎng)度(即，與Z軸平行的電和磁極長(zhǎng)度)可以處于從15至80 mm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地處于從25至40 mm的范圍內(nèi)。本發(fā)明的實(shí)施例的聚焦離子束鏡筒
圖3示意了離子鏡筒302，其包括包括本發(fā)明的兩個(gè)ExB質(zhì)量過(guò)濾器的維恩質(zhì)量過(guò)濾器304;均如圖I和2中那樣配置的上ExB過(guò)濾器306U和下ExB過(guò)濾器306L。在同時(shí)提交的 Aberration-Corrected Wien ExB Mass Filter with Removal of Neutrals from theBeam中描述了這種系統(tǒng)。從液態(tài)金屬離子源(LMIS)的尖端314發(fā)射離子370——這里僅出于示例目的示出了 LMIS源，并且備選地可以與本發(fā)明一起使用其他類型的離子源，諸如電感耦合等離子體(ICP)離子源。然后，離子370被上透鏡306聚焦到平行或大致平行的波束310中。在完全平行的波束310中，可以沿光學(xué)軸380將波束310內(nèi)的個(gè)體離子軌跡外插回到負(fù)無(wú)窮大處的虛擬源(未示出)?！按笾缕叫械摹辈ㄊ且韵虏ㄊ渲刑摂M源不必處于負(fù)無(wú)窮大處，但外插的離子軌跡仍在同離子鏡筒302的總體長(zhǎng)度相比離源尖端(上方或下方)更遠(yuǎn)至少幾倍的位置與光軸380交叉。上ExB過(guò)濾器306U包括電極314U、場(chǎng)終止板316U以及磁場(chǎng)源，該磁場(chǎng)源包括兩個(gè)磁極318U (示出了一個(gè))。電極314U產(chǎn)生該圖的平面中的電場(chǎng)，由箭頭320U指示(從左側(cè)的正電極314U指向右側(cè)的負(fù)電極314U——由此，正離子上的電力將向著右側(cè))。磁場(chǎng)源產(chǎn)生從該圖伸出的磁場(chǎng)，由圓322U指示(使正離子上的磁力向左)。下ExB過(guò)濾器306L包括電極314L、場(chǎng)終止板316L以及磁場(chǎng)源，該磁場(chǎng)源包括兩個(gè)磁極318L (示出了一個(gè))。上和下ExB場(chǎng)是如圖3所示配置的。電極314L產(chǎn)生電場(chǎng)，由該圖的平面中的箭頭320L指示，與上ExB過(guò)濾器306U中的電場(chǎng)320U在量值上相等且在方向上相反。下ExB過(guò)濾器306L中的磁場(chǎng)源產(chǎn)生進(jìn)入該圖的磁場(chǎng)，如交叉322L指示，與上ExB過(guò)濾器306U中的磁場(chǎng)322U在方向上相反且在量值上相等。下ExB過(guò)濾器306L與上ExB過(guò)濾器306U對(duì)稱，典型地具有相同結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生相反方向且相等量值的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。離子310包括如圖所示的四個(gè)不同離子種類低質(zhì)量離子330、下中質(zhì)量離子332、上中質(zhì)量尚子334和上質(zhì)量尚子336。低質(zhì)量尚子330、上中質(zhì)量尚子334和上質(zhì)量尚子336撞擊質(zhì)量分離孔徑板340并且不經(jīng)過(guò)孔徑342向下至下透鏡308。下中質(zhì)量離子332經(jīng)過(guò)上ExB過(guò)濾器306U和下ExB過(guò)濾器306L，如圖所示。然后,離子332經(jīng)過(guò)質(zhì)量分離孔徑342并被下透鏡308聚焦到襯底表面312上。在現(xiàn)有技術(shù)中，典型地對(duì)ExB過(guò)濾器進(jìn)行調(diào)諧以無(wú)偏轉(zhuǎn)地通過(guò)所期望的離子(在該示例中為中下質(zhì)量)。在圖3的實(shí)施例中，對(duì)所期望的離子進(jìn)行偏轉(zhuǎn)以經(jīng)過(guò)孔徑342，并且不期望的離子中的一些(在該示例中為中上質(zhì)量334)與中性粒子346 —起未被偏轉(zhuǎn)并撞擊孔徑板340。其他不期望的離子被磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)得太大(例如 低質(zhì)量330)或太小(例如高質(zhì)量336)而無(wú)法經(jīng)過(guò)孔徑342。中性粒子346未被ExB質(zhì)量過(guò)濾器304中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，由此筆直經(jīng)過(guò)從而撞擊質(zhì)量分離孔徑板340，這是由于孔徑板340中的孔342 (其定義了 ExB過(guò)濾器304的出口軸)以一定量326從ExB過(guò)濾器304的入口軸380偏移。盡管圖3的示意圖并未清楚地示出不存在針對(duì)未被透鏡306偏轉(zhuǎn)的中性粒子的通往襯底312的路徑，但是實(shí)際系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的各種裝置(諸如，上ExB過(guò)濾器306U的入口處的孔徑和/或質(zhì)量過(guò)濾器304以下的鏡筒中某處的孔徑)消除了這種路徑。盡管以上描述了在聚焦離子束(FIB)鏡筒中使用的質(zhì)量過(guò)濾器，但是還可以將質(zhì)量過(guò)濾器與包括電子(其中ExB過(guò)濾器可以用作單色器以降低波束310中的電子能量擴(kuò)展度)和帶電粒子團(tuán)的任何帶電粒子束一起使用。盡管以上描述將電阻性材料(例如，極靴612和614)表征為磁極靴，但是在備選實(shí)施例中，電阻性材料可以附著至磁極靴612和614的表面。在又一實(shí)施例中，電阻性材料可以通過(guò)絕緣層附著至極靴612和614的表面。在這兩個(gè)備選實(shí)施例中，電連接(諸如654、658,664和668)將附著至電阻性材料的末端，以提供電壓VB1、VB2、VD1和VD2，如圖2中所述。“物理孔徑”的備選術(shù)語(yǔ)是“過(guò)濾區(qū)”，強(qiáng)調(diào)了質(zhì)量過(guò)濾的過(guò)程發(fā)生在物理孔徑內(nèi)。盡管這里將ExB過(guò)濾器表征為質(zhì)量過(guò)濾器，但是由于磁力與速度成比例并且電力與速度無(wú)關(guān)，因此對(duì)電力和磁力進(jìn)行平衡的ExB需求由此是速度過(guò)濾功能。由此在對(duì)電子束鏡筒的應(yīng)用中(諸如在掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)或掃描透射電子顯微鏡(STEM)中)，本發(fā)明的ExB過(guò)濾器可以用作速度過(guò)濾器以使電子束鏡筒內(nèi)的電子的能量范圍變窄。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種帶電粒子束過(guò)濾器包括第一電極集合，用于提供過(guò)濾器內(nèi)的第一電場(chǎng)；磁極集合，用于提供過(guò)濾器內(nèi)且與所述電場(chǎng)垂直的磁場(chǎng)；電阻性導(dǎo)體集合；以及所述電阻性導(dǎo)體中的每一個(gè)上的第二電極集合，所述第二電極集合中的每一個(gè)使電流在對(duì)應(yīng)的電阻性導(dǎo)體上流動(dòng)以在對(duì)應(yīng)的電阻性導(dǎo)體上產(chǎn)生電勢(shì)梯度，這兩個(gè)電阻性導(dǎo)體一起提供過(guò)濾器內(nèi)的第二電場(chǎng)方向，第二電場(chǎng)具有與第一電場(chǎng)方向不平行的分量。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述電阻性導(dǎo)體集合包括所述磁極集合。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述電阻性導(dǎo)體集合包括附著至磁極的層集合。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述電阻性導(dǎo)體集合包括通過(guò)絕緣層附著至磁極的層
口 O根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述磁極集合中的每一個(gè)磁極延伸至所述第一電極集合中的電極之外。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，除任何消像散或偏轉(zhuǎn)場(chǎng)以外，沿第一電場(chǎng)極的電場(chǎng)方向的每個(gè)坐標(biāo)處的物理孔徑中的電勢(shì)和磁極的內(nèi)表面上的每個(gè)點(diǎn)處的電勢(shì)相同。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述第二電場(chǎng)是與所述磁場(chǎng)平行定向的偶極場(chǎng)。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，所述第二電場(chǎng)是四極場(chǎng)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種聚焦離子束鏡筒包括離子源；第一透鏡，用于從所述源接收離子；根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的質(zhì)量過(guò)濾器；以及第二透鏡，用于將離開(kāi)所述質(zhì)量過(guò)濾器的離子聚焦到工件表面上。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述離子源是等離子體離子源或液態(tài)金屬離子源。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，聚焦離子束還包括第二質(zhì)量過(guò)濾器，所述第二質(zhì)量過(guò)濾器校正來(lái)自第一質(zhì)量過(guò)濾器的色差。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種對(duì)離子進(jìn)行過(guò)濾的方法包括在過(guò)濾區(qū)中提供第一電場(chǎng)的源；在所述過(guò)濾區(qū)中提供磁場(chǎng)的源，所述磁場(chǎng)與所述電場(chǎng)垂直；在所述過(guò)濾區(qū)中提供第二電場(chǎng)的源，所述第二電場(chǎng)具有與所述磁場(chǎng)平行的分量，所述第二電場(chǎng)的源是能夠與所述第一電場(chǎng)的源無(wú)關(guān)地調(diào)整的；以及通過(guò)所述過(guò)濾區(qū)來(lái)導(dǎo)向具有各種荷質(zhì)比的離子，以分離具有不同荷質(zhì)比的離子。在本發(fā)明的某個(gè)實(shí)施例中，在所述過(guò)濾區(qū)中提供第二電場(chǎng)的源包括在作為所述磁場(chǎng)的源的一部分的磁極靴上提供電流。在本發(fā)明的某個(gè)實(shí)施例中，在所述過(guò)濾區(qū)中提供第二電場(chǎng)的源包括在附著至作為所述磁場(chǎng)的源的一部分的磁極靴的電阻性導(dǎo)體上提供電流。在本發(fā)明的某個(gè)實(shí)施例中，在所述過(guò)濾區(qū)中提供第二電場(chǎng)的源包括提供電場(chǎng)以偏轉(zhuǎn)離子束。在本發(fā)明的某個(gè)實(shí)施例中，在所述過(guò)濾區(qū)中提供第二電場(chǎng)的源包括提供第二電場(chǎng)，所述第二電場(chǎng)形成用于校正離子束的消像散的四極場(chǎng)的一部分。盡管詳細(xì)描述了本發(fā)明及其優(yōu)勢(shì)，但是應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改變、替換和更改。此外，本申請(qǐng)的范圍不旨在限于說(shuō)明書中描述的過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法和步驟的具體實(shí)施例。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將從本發(fā)明的公開(kāi)中容易認(rèn)識(shí)到的，根據(jù)本發(fā)明可以利用與這里描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例執(zhí)行實(shí)質(zhì)上相同功能或?qū)崿F(xiàn)實(shí)質(zhì)上相同結(jié)果的當(dāng)前現(xiàn)有的或后續(xù)待開(kāi)發(fā)的過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟。相應(yīng)地，所附權(quán)利要求旨在將這些過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟包括在其范圍內(nèi)。權(quán)利要求
1.一種帶電粒子束過(guò)濾器，包括 第一電極集合，用于提供過(guò)濾器內(nèi)的第一電場(chǎng)； 磁極集合，用于提供過(guò)濾器內(nèi)且與所述電場(chǎng)垂直的磁場(chǎng)； 電阻性導(dǎo)體集合；以及 所述電阻性導(dǎo)體中的每一個(gè)上的第二電極集合，所述第二電極集合中的每一個(gè)使電流在對(duì)應(yīng)的電阻性導(dǎo)體上流動(dòng)以在對(duì)應(yīng)的電阻性導(dǎo)體上產(chǎn)生電勢(shì)梯度，兩個(gè)電阻性導(dǎo)體一起提供過(guò)濾器內(nèi)的第二電場(chǎng)方向，第二電場(chǎng)具有與第一電場(chǎng)方向不平行的分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶電粒子束過(guò)濾器，其中所述電阻性導(dǎo)體集合包括所述磁極 口 O
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶電粒子束過(guò)濾器，其中所述電阻性導(dǎo)體集合包括附著至磁極的層集合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶電粒子束過(guò)濾器，其中所述電阻性導(dǎo)體集合包括通過(guò)絕緣層附著至磁極的層集合。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子束過(guò)濾器，其中所述磁極集合中的每一個(gè)磁極延伸至所述第一電極集合中的電極之外。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子束過(guò)濾器，其中除任何消像散或偏轉(zhuǎn)場(chǎng)以外，沿第一電場(chǎng)極的電場(chǎng)方向的每個(gè)坐標(biāo)處的物理孔徑中的電勢(shì)和磁極的內(nèi)表面上的每個(gè)點(diǎn)處的電勢(shì)相同。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子束過(guò)濾器，其中所述第二電場(chǎng)是與所述磁場(chǎng)平行定向的偶極場(chǎng)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的帶電粒子束過(guò)濾器，其中所述第二電場(chǎng)是四極場(chǎng)。
9.一種聚焦離子束鏡筒，包括 離子源； 第一透鏡，用于從所述源接收離子； 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的質(zhì)量過(guò)濾器；以及 第二透鏡，用于將離開(kāi)所述質(zhì)量過(guò)濾器的離子聚焦到工件表面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聚焦離子束鏡筒，其中所述離子源是等離子體離子源。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聚焦離子束鏡筒，其中所述離子源是液態(tài)金屬離子源。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的聚焦離子束鏡筒，還包括第二質(zhì)量過(guò)濾器，所述第二質(zhì)量過(guò)濾器校正來(lái)自第一質(zhì)量過(guò)濾器的色差。
13.—種對(duì)離子進(jìn)行過(guò)濾的方法，包括 在過(guò)濾區(qū)中提供第一電場(chǎng)的源； 在所述過(guò)濾區(qū)中提供磁場(chǎng)的源，所述磁場(chǎng)與所述電場(chǎng)垂直； 在所述過(guò)濾區(qū)中提供第二電場(chǎng)的源，所述第二電場(chǎng)具有與所述磁場(chǎng)平行的分量，所述第二電場(chǎng)的源是能夠與所述第一電場(chǎng)的源無(wú)關(guān)地調(diào)整的；以及 通過(guò)所述過(guò)濾區(qū)來(lái)導(dǎo)向具有各種荷質(zhì)比的離子，以分離具有不同荷質(zhì)比的離子。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述過(guò)濾區(qū)中提供第二電場(chǎng)的源包括在作為所述磁場(chǎng)的源的一部分的磁極靴上提供電流。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述過(guò)濾區(qū)中提供第二電場(chǎng)的源包括在附著至作為所述磁場(chǎng)的源的一部分的磁極靴的電阻性導(dǎo)體上提供電流。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述過(guò)濾區(qū)中提供第二電場(chǎng)的源包括提供電場(chǎng)以偏轉(zhuǎn)離子束。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述過(guò)濾區(qū)中提供第二電場(chǎng)的源包括提供第二電場(chǎng)，所述第二電場(chǎng)形成用于校正離子束的消像散的四極場(chǎng)的一部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及寬孔徑維恩ExB質(zhì)量過(guò)濾器。一種ExB維恩質(zhì)量過(guò)濾器提供與質(zhì)量分離所需的偶極電場(chǎng)組合的可獨(dú)立調(diào)整的電場(chǎng)?？瑟?dú)立調(diào)整的電場(chǎng)可以用于提供更大的光學(xué)孔徑、校正像散并將波束偏轉(zhuǎn)至與磁場(chǎng)平行和/或垂直的方向。
文檔編號(hào)H01J37/30GK102737938SQ20121010796
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者D.塔格爾, N.W.帕克 申請(qǐng)人:Fei 公司