專利名稱：用于激光加工的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光微加工。
背景技術(shù)：
將從基底去除材料以形成微觀的或納米觀的結(jié)構(gòu)稱為微加工。去除材料也稱為銑 削或蝕刻。激光束和帶電粒子束被用于微加工。在各種應(yīng)用中它們均具有優(yōu)點和局限性。激光系統(tǒng)將幾種不同的機制用于微加工。在某些工藝中，使用激光來向基底供熱 以引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。該反應(yīng)僅在激光器供熱的區(qū)域中發(fā)生，但是熱量趨向于擴散至比激光束 斑點更大的區(qū)域，從而限制該工藝的分辨率。在激光微加工中使用的另一機制是光化學(xué)蝕 刻，其中，激光能量被基底的各個原子吸收，從而這些原子被激發(fā)至它們能夠進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) 的狀態(tài)。光化學(xué)蝕刻局限于光化學(xué)活性的材料。在激光加工中使用的另一機制是激光燒蝕， 其中，在未將基底加熱的情況下，被快速地供應(yīng)給小體積的能量促使原子被驅(qū)逐出基底。 例如在為“Method for controlling configuration of laser induced breakdown and ablation"授權(quán)給Mourou的U. S. Re. 37，585中描述了使用快速脈沖飛秒激光器的激光燒 蝕。飛秒激光燒蝕克服了上述工藝的某些限制。帶電粒子束包括離子束和電子束。聚焦射束中的離子通常具有足以通過從表面物 理地噴射材料來進(jìn)行微加工的動量。由于電子比離子輕得多，所以電子束通常局限于通過 用蝕刻劑引發(fā)化學(xué)反應(yīng)來去除材料。通常由液態(tài)金屬離子源或由等離子體離子源來產(chǎn)生離 子束。帶電粒子束的斑點尺寸取決于許多因素，包括粒子的類型和射束中的電流。通常可 以將具有低電流的射束聚焦成較小的斑點，并因此產(chǎn)生比具有高電流的射束更小的結(jié)構(gòu)， 但是低電流射束與高電流射束相比花費更長的時間對結(jié)構(gòu)進(jìn)行微加工。激光通常能夠以比帶電粒子束高得多的速率向基底供應(yīng)能量，并且因此，激光通 常具有比帶電粒子束高得多的材料去除速率。然而，激光的波長比帶電粒子束中的帶電粒 子的波長長得多。由于射束可以被聚焦成的尺寸受到波長的限制，所以激光束的最小斑點 尺寸通常大于帶電粒子束的最小斑點尺寸。A. P. Joglekar等人在!Proceedings of the National Academy of Science(國家科學(xué)院學(xué)報)第 101 卷No. 16 第 5856 5861 頁(2004) 的"Optics at Critical Intensity: Applications to Nanomorphing，，(Joglekar 等人) 中表明，能夠使用比接近用于離子化的臨界強度的約10皮秒更短的激光脈沖來實現(xiàn)小于 波長的特征。由Joglekar等人可實現(xiàn)的特征尺寸對于許多納米技術(shù)應(yīng)用而言仍不是足夠 小的。雖然帶電粒子束通常具有比激光束更大的分辨率并能夠?qū)O小的結(jié)構(gòu)進(jìn)行微加 工，但射束電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較長波長的限制。
同時利用激光的較快微加工能力和帶電粒子束的較高精度這兩者的一種方式是 依次地處理樣本。例如 M. Paniccia 等人在 Microelectronic Engineering 46 (27 34 頁，1999)白勺"Novel Optical Probing and Micromachining Techniques for Silicon Debug of Flip Chip Packaged Microprocessors" (“Paniccia 等人”)中描述了依次處 理。Paniccia等人描述了一種用于使用激光引發(fā)的化學(xué)蝕刻來接近半導(dǎo)體倒裝芯片的 有源部分以去除大塊的材料并隨后使用帶電粒子束進(jìn)行最后的更精確的微加工的已知技 術(shù)。依次處理存在的問題是確定要何時停止更快、不那么精確的激光微加工并開始更精確 的帶電粒子束處理。如果激光處理過快地停止，則將剩余過多的材料供帶電粒子束進(jìn)行 去除。如果激光處理太晚停止，則工件將受到損壞。將確定何時停止處理稱為“終點確定 (endpointing)，，。用于確定帶電粒子束處理中的終點的技術(shù)是已知的，并且例如在授予Ray等人的 美國專利公開2005/0173631中有所描述。此類技術(shù)包括例如向底層電路施加變化的電壓 以在底層電路被暴露或幾乎被暴露時改變二次粒子發(fā)射。通過觀察二次粒子發(fā)射，操作員 可以確定諸如掩埋導(dǎo)線的特征何時被揭露。其它帶電粒子束終點確定過程包括例如檢測由 射束注入的帶電粒子所引起的晶體管漏電流。通常不是在真空室中執(zhí)行激光處理，并且因 此不能收集二次電子和離子。在離子束處理中，還已知的是檢測從基底發(fā)射的指定頻率的光子以確定受到離子 束撞擊的材料何時改變。在例如為"Focused Ion Beam Imaging and Process Control" 授予Ward等人的美國專利No. 4，874，947中描述了此類過程，該專利被轉(zhuǎn)讓給了本申請的 受讓人。雖然Ward等人描述了用于離子束系統(tǒng)中的終點確定的光子檢測，但這種技術(shù)未被 廣泛使用，因為低光子信號難以收集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過改進(jìn)對激光處理的控制來改進(jìn)微加工。根據(jù)本發(fā)明，激光束被引導(dǎo)至樣本以從該樣本去除材料。通過檢測來自樣本的發(fā) 射來確定激光處理的終點。前述內(nèi)容已相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點，以便可以更好地理解隨 后的本發(fā)明的詳細(xì)說明。下面將描述本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識 到，可以容易地利用所公開的概念和特定實施例作為用于修改或設(shè)計實現(xiàn)本發(fā)明的相同目 的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識到的是，這樣的等效構(gòu)造并不脫離如隨 附權(quán)利要求中所闡述的本發(fā)明的精神和范圍。


為了更徹底地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在對結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述進(jìn)行參考， 在附圖中
圖1示出用于使用來自樣本的發(fā)射來確定用于激光處理的終點的本發(fā)明的實施例。圖2示出用于使用從樣本發(fā)射的光子來確定用于激光處理的終點的本發(fā)明的實 施例。圖3示出使用從樣本發(fā)射的電子來確定用于激光處理的終點的本發(fā)明的實施例。
圖4是示出用于確定用于激光處理的終點的依照本發(fā)明的實施例的優(yōu)選步驟的 流程圖。圖5示出減少二次粒子對諸如激光透鏡的部件的損壞的實施例。
具體實施例方式本發(fā)明的各種實施例采用各種手段來加強激光處理。本發(fā)明的實施例可以使用現(xiàn) 在存在或即將開發(fā)的供應(yīng)足夠能流的任何類型的激光器。優(yōu)選的激光器提供短(亦即納秒 至飛秒)脈沖激光束。適當(dāng)?shù)募す馄靼ɡ鏣i = Sapphire (鈦蘭寶石)振蕩器、基于光纖 的激光器、或者摻鐿或摻鉻薄盤激光器。由短(亦即納秒至飛秒)激光脈沖進(jìn)行的對基底的燒蝕伴隨有來自基底的各種發(fā) 射。本發(fā)明的實施例使用來自基底的發(fā)射來確定激光微加工的進(jìn)展并確定處理的階段何時 完成。所發(fā)射的粒子的發(fā)射產(chǎn)量和能譜是材料相關(guān)的。當(dāng)正在去除第一材料以使第二材料 暴露時，發(fā)射將在材料界面處改變。檢測器能夠確定發(fā)射何時改變，從而指示射束下的材料 的變化。當(dāng)檢測到第二材料的發(fā)射特征時或者當(dāng)?shù)谝粚拥陌l(fā)射特征停止時，操作員可以知 道激光銑削操作的進(jìn)展。在檢測到發(fā)射變化時，操作員或系統(tǒng)可以自動地或手動地改變該 過程，例如通過或者停止處理。來自樣本的發(fā)射包括發(fā)光(例如從紅外線(IR)至紫外線(UV)至χ射線范圍)、電 子、離子、中性原子或分子，以及粒子/小滴。取決于正在處理的材料的類型和處理環(huán)境，不 同類型的發(fā)射對不同應(yīng)用中的終點確定有用。處理環(huán)境可以包括例如大氣壓力下的正常大 氣氣體；高真空，即小于約10_3毫巴的壓強；適合于環(huán)境掃描電子顯微鏡的真空，諸如各種 氣體的約1毫巴與50毫巴之間的壓強，或者在任何適當(dāng)壓強下的任何適當(dāng)氣體的受控氣體 環(huán)境?？梢酝ㄟ^質(zhì)譜分析法來直接分析從表面發(fā)射的離子以確定從表面發(fā)射的材料何時改 變，從而指示已經(jīng)達(dá)到邊界。用于二次離子質(zhì)譜分析的系統(tǒng)是用于商用聚焦離子束系統(tǒng)的 常見附件。具有時延的第二激光束可以在演進(jìn)的發(fā)射時被一致地聚焦(它們共同被稱為等 離子體羽輝)，以便使存在于其中的中性原子和分子離子化。此第二射束可以源自于單獨的 附加激光器，或者其可以通過標(biāo)準(zhǔn)分束器的使用而源自于與主射束相同的激光器?？梢酝?過調(diào)整二次射束的路徑長度來調(diào)整主射束的到達(dá)與二次射束的到達(dá)之間的間隔(時延)。然 后可以通過質(zhì)譜分析法來分析由此二次離子化得到的離子。還可以通過感應(yīng)耦合等離子體 質(zhì)譜分析法來分析粒子和小滴。當(dāng)將發(fā)光用于終點確定時，其具有“預(yù)測”銑削孔的底部的優(yōu)點。也就是說，剛好 在表面下面的原子被激光脈沖激勵，因為由激光脈沖產(chǎn)生的等離子體傳播超過被脈沖燒蝕 的體積。因此，光子剛好從表面下面被發(fā)射，該發(fā)射可以提供何時停止微加工的更及時的指 示器。也就是說，當(dāng)來自第二材料的光子被用作指示器時，可以在第一材料被完全去除之前 不久檢測到它們。類似地，來自第一材料的光發(fā)射在第一材料被完全去除之前不久開始衰 減。可以通過檢測從表面發(fā)射的光子流來執(zhí)行終點確定，該發(fā)射由激光束或由帶電粒子束 導(dǎo)致。當(dāng)除光子之外的發(fā)射被用于終點確定時，基底通常必須被保持在低壓環(huán)境或真空 中，以使得空氣分子不干擾發(fā)射的收集。當(dāng)光子被用作指示器時，激光器可以在真空中、在 大氣壓下或在受控氣體環(huán)境中工作。
檢測器可以是確定一種或多種類型的發(fā)射的強度的一般檢測器。通常，檢測器計 算粒子(包括參考)或測量粒子流，并具有定義作為粒子能量的函數(shù)的檢測器靈敏度的特征 能量響應(yīng)。可以在時間上區(qū)分檢測器輸出以使檢測信號的變化以用于終點確定的能力最大 化?？梢圆⑿械厥褂枚鄠€檢測器以檢測具有不同的能量、電荷、質(zhì)量或荷質(zhì)比的粒子。例 如，可以使用諸如光電倍增管或半導(dǎo)體檢測器的寬帶光子檢測器來測量從基底發(fā)射的光的 強度?？梢允乖摍z測器最優(yōu)化為使終點確定信號的材料依賴性最大化。例如，可以調(diào)整能 量過濾光譜儀以檢測預(yù)期來自掩埋層或來自覆蓋層的特定信號。在某些實施例中，可以使 用衍射光柵來使光分散，并且可以使用狹縫來使在給定頻帶內(nèi)的光通過，然后該光可以被 寬帶光子檢測器檢測到。作為狹縫的替代，可以使用一個或多個吸收濾光片，其吸收表征覆 蓋材料的光并透射表征掩埋材料的光，或者進(jìn)行相反操作，以在掩埋材料被暴露或幾乎被 暴露時提供信號?？商鎿Q地，可以使用衍射光柵來使光分散到電荷耦合器件陣列上。由在 陣列中的不同單元處測量的信號的強度來確定發(fā)射譜?？梢允褂迷诓煌瑔卧帨y量的信號 來監(jiān)視從覆蓋層和掩埋層發(fā)射的特征信號的強度。諸如金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的各種材料組成正被銑削或在正被銑削的層下面的材 料層。例如，常見材料包括Si、Si02、Cu、Al、Au、Ag、Cr、Mo、Pt、W、Ta、m k電介質(zhì)、高k電介 質(zhì)、AlWpSiC^Si^jalAllAlxGadyN、InxGa(1_x)N,GaAs, InxGa(1_x)As 和 Ge。當(dāng)檢測到光 子作為終點確定指示器時，那些光子通常將具有在0.01 nm與1000 nm之間、并且更典型地 在300 nm與800 nm之間的波長。可以使用適當(dāng)?shù)臋z測器，從用于較短波長的χ射線檢測 器至用于較長波長的紅外檢測器。技術(shù)人員能夠很容易地確定各種底層和覆蓋材料的特征 發(fā)射譜。當(dāng)來自覆蓋材料和底層材料的特征信號在頻率上不接近時，實現(xiàn)終點確定更容易。當(dāng)使用電子作為終點確定指示器時，優(yōu)選的是使用當(dāng)前在諸如雙射束系統(tǒng)的帶電 粒子束系統(tǒng)中采用的一種電子檢測器，所述雙射束系統(tǒng)包括離子束列和電子束列。此類檢 測器包括例如高效Everhart-Thornley檢測器，其包括被電子撞擊時發(fā)射光的閃爍器和將 發(fā)射的光信號放大的光電倍增器。Everhart-Thornley檢測器通常以偏離激光軸的方式安 裝，并向閃爍器前面的屏幕施加相對于樣本的電壓以吸引由樣本發(fā)射的電子。為了將在指 定能級以下的電子排除在外，可以對樣本施加偏壓以防止低能量電子的收集。通常被檢測 的電子具有小于約20 eV的能量，但是在某些應(yīng)用中具有高達(dá)1，000 eV的能量的電子可能 是有用的。在某些實施例中，收集寬能帶內(nèi)的電子，其中電子流是基底材料的特征。在其它 實施例中，確定電子的能量以表征材料。在某些實施例中，可以測量從樣本到地線的電流，而不是檢測在真空室中從樣本 表面發(fā)射的粒子。地線物理地接觸樣本，不管是直接地(例如通過探針)還是間接地(例如通 過樣本臺)。向或從地線流動的電流等于在來自射束的撞擊下離開樣本表面的表面的電流。圖1示出體現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選系統(tǒng)100。產(chǎn)生射束103的激光器102通常工作在被 加工材料的閾值以上的能流下。例如，Mourou講授了具有在10 nj至1 mj范圍內(nèi)的能量 和在0.1 J/cm2至100 J/cm2范圍內(nèi)的能流的優(yōu)選射束。在一個實施例中，激光束具有30 nj的能量和0.4 J/cm2的能流。射束103被引導(dǎo)至樣本104，樣本104可以包括基底材料 106和覆蓋材料108。樣本104通常將具有若干層不同的材料。樣本104通常布置在雙軸 精度X-Y臺109 (附加軸可以包括垂直于前兩個軸平移、傾斜和旋轉(zhuǎn))上。檢測器110檢測 來自樣本104的發(fā)射112。發(fā)射112隨著覆蓋材料108被去除且基底材料106被揭開而改變。計算機120從檢測器110接收信號且信號的變化指示射束下的材料已改變，從而使得 操作員能夠監(jiān)視加工進(jìn)展并采取適當(dāng)?shù)男袆踊蛟试S系統(tǒng)自動地采取行動，諸如自動地停止 激光器102進(jìn)行進(jìn)一步處理。連接到計算機120的顯示器122可以向操作員提供信息，包 括樣本104的圖像。如上所述，檢測器可以檢測作為激光燒蝕或其它激光工藝的結(jié)果而發(fā) 射的光子、電子、離子、中性粒子或小滴。系統(tǒng)100可選地包括可以用于處理和成像一個或 多個帶電粒子束列130 (諸如電子束列、離子束列或它們兩者)，以及用于形成樣本104的圖 像的二次電子檢測器132。當(dāng)使用帶電粒子束列130或二次電子檢測器132時，將基底保持 在真空中。在某些實施例中，可以使用檢測器110來檢測二次電子信號以形成圖像以及檢 測終點確定信號。圖2示出其中檢測器包括光子檢測器210的系統(tǒng)200，光子檢測器210包括使來自 樣本104的光分散的單色器、根據(jù)頻率對不同點處的分散光進(jìn)行聚焦的透鏡214、使具有表 征底層材料的頻譜的光通過的狹縫216和用于檢測通過狹縫216的光的光子檢測器218，該 單色器被示意性地示出為衍射光柵212 (可替換地可以使用棱鏡)。計算機120從光子檢測 器210接收信號，該信號被解釋以確定激光束下的材料何時改變。計算機120能夠例如在 發(fā)射的變化指示處理階段完成時向操作員提供信號或自動地停止激光器102進(jìn)行進(jìn)一步 處理?？商鎿Q的光子檢測器222被示為布置在基底下面。光子檢測器的這樣的定位只有當(dāng) 基底對于特征光信號而言透明時、亦即當(dāng)基底材料的帶隙大于正在檢測的光子的能量時才 有用。當(dāng)使用在樣本下面的光子檢測器時，樣本臺包括用于透射光的間隙或透明窗口 224。 作為使用狹縫和光電倍增管的替代，光子檢測器222是包括電荷耦合器件(CCD)陣列2 的 廣譜檢測器，所述電荷耦合器件(CCD)檢測對應(yīng)于不同頻率的不同位置處的光信號的強度。 可以在任一位置上使用任一類型的檢測器。圖3示出檢測電子以確定終點的用于激光處理的系統(tǒng)300。在系統(tǒng)300中，基底 104位于真空室302中。電子檢測器306是包括屏幕308、閃爍器310和光電倍增器312的 Everhart-Thornley檢測器。向屏幕308施加約50伏的低電壓并向閃爍器施加約10，000V 的高電壓。電子被從樣本加速至屏幕，并隨后被加速至更大的能量以引起閃爍器中的光子 的發(fā)射。那些光子被轉(zhuǎn)換成電子并在光電倍增管中被倍增。圖4是示出圖1的系統(tǒng)的操作的流程圖。在步驟402中，將激光引導(dǎo)朝向基底。 在步驟404中，檢測來自基底的發(fā)射。在判定塊406中，確定發(fā)射的變化是否指示激光微加 工已切穿或幾乎切穿覆蓋材料。如果發(fā)射的變化指示激光微加工已切穿或幾乎切穿覆蓋材 料，則改變過程。如果沒有，則過程以步驟402繼續(xù)。改變過程意指例如停止激光束、改變 諸如每脈沖的能流的激光器參數(shù)、改變氣流、阻擋電子或離子束、或移動支持樣本的臺。可 以連續(xù)地或周期性地監(jiān)視發(fā)射。如果周期性地監(jiān)視發(fā)射，則該周期應(yīng)小到足以防止在覆蓋 材料在監(jiān)視周期之間被完全去除的情況下對底層材料造成不可接受的損壞。在某些實施例中，可以使用諸如電子束的帶電粒子束來產(chǎn)生用于激光微加工的終 點確定信號。電子束可以例如與激光燒蝕期間的激光束一致并與激光束同時地或依次地被 使用。如果使用陰極發(fā)光或后向散射電子作為終點確定信號，則可以調(diào)節(jié)電子束能量以調(diào) 諧終點確定的“預(yù)測”能力。當(dāng)從基底表面噴射材料時，噴射的粒子可以通過在透鏡上沉積或從透鏡濺射材料 來降低激光透鏡的光學(xué)質(zhì)量。圖5示出可以減少二次粒子對真空系統(tǒng)中的激光透鏡和其它部件的損壞的系統(tǒng)。圖5示出系統(tǒng)500，其包括朝向樣本506引導(dǎo)帶電粒子束504的諸如聚 焦離子束列的帶電粒子束列502。系統(tǒng)500還包括具有將激光束512聚焦到樣本506上的 透鏡510的激光系統(tǒng)508。激光系統(tǒng)束512和帶電粒子束504優(yōu)選地是一致的，也就是說， 它們撞擊在樣本506的相同區(qū)域上，其中激光束通常比帶電粒子束在樣本506上具有更大 的斑點尺寸。雖然激光系統(tǒng)508被示為具有垂直取向且?guī)щ娏Ｗ邮?02被示為相對于垂 直方向是傾斜的，但這兩個系統(tǒng)可以以任何適當(dāng)?shù)娜∠虮欢ㄏ?。樣?06?？吭诰_可移動臺516上。當(dāng)帶電粒子束504撞擊樣本506時，發(fā)射 包括電子和離子的二次粒子518。離子可以撞擊在激光透鏡510上并降低其光學(xué)質(zhì)量。電 極520和522被連接到電壓源(未示出)以產(chǎn)生電場，該電場使二次粒子518的路徑偏轉(zhuǎn)離 開激光透鏡510以減少或消除損壞。電極520和522還可以用來檢測二次粒子518以進(jìn)行 成像或終點確定。可以將放大器5M連接到電極520以將二次電信號放大。附加地或可替 換地，可以將放大器5 連接到電極522以將正離子信號放大以進(jìn)行成像或終點確定。在優(yōu)選實施例中，在電極520與電極522之間施加約300 V至400 V的電勢。優(yōu) 選的電壓將隨實施方式而變，但是通常將在幾十伏至幾千伏之間的范圍內(nèi)，其中優(yōu)選幾百 伏的范圍?？梢愿淖冸姌O520和522的形狀以使電場成形為使撞擊樣本上方的激光透鏡或 其它部件的粒子改變方向。在一些實施例中，可以使用單個電極。在一些實施例中，可以使 用磁場來代替電極520和522以使帶電粒子偏轉(zhuǎn)離開敏感部件。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，通過下列處理由激光束處理產(chǎn)生或修改結(jié)構(gòu) 把激光束朝向樣本引導(dǎo)以產(chǎn)生或者修改結(jié)構(gòu)；
檢測來自樣本的由激光束的入射所引起的發(fā)射；
確定發(fā)射的屬性，所述屬性表示樣本的特征；以及
當(dāng)發(fā)射指示激光束入射到其上的材料的變化時改變激光束處理。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，改變激光束處理包括停止把激光束引導(dǎo)朝向樣本、改 變氣流、改變諸如每脈沖的能流的激光器參數(shù)、阻擋電子和離子束或者移動支撐樣本的臺。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，把激光束朝向樣本引導(dǎo)包括在具有小于10_3毫巴或者 小于50毫巴的壓強的環(huán)境中把激光束朝向樣本引導(dǎo)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，確定發(fā)射的屬性包括確定從樣本發(fā)射的樣本電子流。 確定從表面發(fā)射的電子流包括測量樣本和直接或者間接接觸該樣本的地線之間的電流。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，確定發(fā)射的屬性包括確定從樣本發(fā)射的電子的能量或 者檢測從樣本發(fā)射的光子。檢測從樣本發(fā)射的光子可以包括檢測具有特征波長的光子和/ 或過濾具有除特征波長之外的波長的光子。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，確定發(fā)射的屬性包括確定從表面發(fā)射的粒子的質(zhì)量和 /或確定從表面發(fā)射的粒子的荷質(zhì)比。本發(fā)明的優(yōu)選實施例還包括在確定從表面發(fā)射的粒子的質(zhì)量之前使中性粒子離 子化。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，使中性粒子離子化的方法包括使用激光束或者電子束使 中性粒子離子化，或者引導(dǎo)具有時延的第二激光束以使通過第一激光束從樣本噴射的演進(jìn) 發(fā)射離子化。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，確定從表面發(fā)射的粒子的質(zhì)量包括使用感應(yīng)耦合等離 子體質(zhì)譜分析法來確定該質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，把激光束朝向樣本引導(dǎo)包括把具有小于一皮秒的脈沖 持續(xù)時間的脈沖激光朝向樣本弓I導(dǎo)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，確定發(fā)射的屬性包括使用窄帶檢測器來檢測僅具有 指定屬性的發(fā)射，確定該發(fā)射的流或者該發(fā)射的能量，或者確定該發(fā)射的能譜。本發(fā)明的優(yōu)選實施例還包括把帶電粒子束朝向樣本弓I導(dǎo)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，通過下列處理產(chǎn)生樣本上的結(jié)構(gòu) 把激光束朝向樣本引導(dǎo)以產(chǎn)生或者修改結(jié)構(gòu)；
把帶電粒子束朝向樣本引導(dǎo)； 檢測來自樣本的由帶電粒子束的入射所引起的發(fā)射； 確定該發(fā)射的屬性，所述屬性表示樣本的特征；以及 當(dāng)該發(fā)射指示激光束入射到其上的材料的變化時改變激光束處理。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)包括同時或者相繼地引導(dǎo)激光和粒子束入射 在樣本上。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，帶電粒子束是電子束或者離子束，且檢測來自樣本的 由帶電粒子束的入射所引起的發(fā)射包括檢測二次電子、后向散射電子或者透射的電子。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，帶電粒子束是電子束，且檢測來自樣本的由帶電粒子 束的入射所引起的發(fā)射包括檢測光子(包括X射線)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，檢測來自樣本的發(fā)射包括檢測來自表面下面的材料的 發(fā)射。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，用于產(chǎn)生或者修改樣本的系統(tǒng)包括 用于容納樣本的樣本容器；
用于把激光束朝向樣本引導(dǎo)的快速脈沖激光器；以及
用于檢測來自樣本的由激光束的撞擊導(dǎo)致的發(fā)射的檢測器，該發(fā)射表示樣本的特征。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，用于產(chǎn)生或者修改樣本的系統(tǒng)包括把樣本容納在真空 中的樣本容器。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，用于產(chǎn)生和修改樣本的系統(tǒng)包括發(fā)射檢測器，所述發(fā) 射檢測器是電子檢測器。該發(fā)射檢測器還可以包括質(zhì)譜儀或者光譜儀，感應(yīng)耦合等離子體 質(zhì)譜儀或者光譜儀，光子檢測器，能量分散型X射線光譜檢測器，或者波長分散型X射線光 譜檢測器。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，用于產(chǎn)生和修改結(jié)構(gòu)的設(shè)備包括 用于容納樣本的真空室；
用于對真空室內(nèi)的樣本進(jìn)行操作的激光系統(tǒng)，該激光系統(tǒng)包括透鏡； 用于使在帶電粒子或者激光束撞擊時從樣本發(fā)射的二次粒子偏轉(zhuǎn)離開激光系統(tǒng)透鏡 以防止激光系統(tǒng)透鏡受到二次粒子的損壞的偏轉(zhuǎn)器；
用于使在帶電粒子或者激光束撞擊時從樣本發(fā)射的二次粒子偏轉(zhuǎn)離開帶電粒子光學(xué) 列部件以防止帶電粒子光學(xué)列部件受到二次粒子的損壞的偏轉(zhuǎn)器；和/或
用于使在帶電粒子或者激光束撞擊時從樣本發(fā)射的二次粒子偏轉(zhuǎn)離開該設(shè)備的任何 部件以防止該設(shè)備的該部件受到二次粒子的損壞的偏轉(zhuǎn)器。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)選實施例，偏轉(zhuǎn)器包括電連接到放大器以確定二次粒子電流的電極、一組電極或者磁偏轉(zhuǎn)器。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，產(chǎn)生或者修改結(jié)構(gòu)的方法，包括
提供包括用于容納樣本的真空室、帶電粒子束列和激光系統(tǒng)的系統(tǒng)，所述激光系統(tǒng)包 括用于對真空室內(nèi)的樣本進(jìn)行操作的透鏡；
把帶電粒子束朝向樣本引導(dǎo)，帶電粒子束的撞擊引起二次粒子的發(fā)射；
提供使二次粒子偏轉(zhuǎn)離開激光系統(tǒng)透鏡以防止激光系統(tǒng)透鏡受到二次粒子的損壞的
場；
提供使二次粒子偏轉(zhuǎn)離開檢測器的發(fā)射檢測器的場；以及 提供使二次粒子偏轉(zhuǎn)離開帶電粒子光學(xué)列的部件的場。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，使二次粒子偏轉(zhuǎn)離開激光系統(tǒng)透鏡的所述透鏡的方法 包括提供用以產(chǎn)生靜電場以使帶電粒子偏轉(zhuǎn)的電極，或者提供任何數(shù)目的電極以產(chǎn)生被 設(shè)計成使帶電粒子偏轉(zhuǎn)的電場。雖然已詳細(xì)地描述了本發(fā)明及其優(yōu)點，但應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離由所附權(quán)利要 求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以在本文中進(jìn)行各種變化、替換和修改。此外， 本申請的范圍并不意圖局限于本說明書中所描述的過程、機器、制造、物質(zhì)的組成、手段、方 法和步驟的特定實施例。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地從本發(fā)明的公開認(rèn)識到的，根 據(jù)本發(fā)明，可以利用執(zhí)行與本文所描述的相應(yīng)實施例基本相同的功能或?qū)崿F(xiàn)基本上相同的 結(jié)果的、目前存在或稍后將開發(fā)的過程、機器、制造、物質(zhì)的組成、手段、方法或步驟。因此， 所附權(quán)利要求意圖將這樣的過程、機器、制造、物質(zhì)的組成、手段、方法或步驟包括在其范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種通過激光束處理產(chǎn)生或修改結(jié)構(gòu)的方法，包括把激光束朝向樣本引導(dǎo)以產(chǎn)生或者修改結(jié)構(gòu)；檢測來自所述樣本的由所述激光束的入射引起的發(fā)射；確定所述發(fā)射的屬性，所述屬性表示所述樣本的特征；以及當(dāng)所述發(fā)射指示所述激光束入射到其上的材料的變化時改變所述激光束處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，改變所述激光束處理包括停止把所述激光束朝向 所述樣本引導(dǎo)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，改變所述激光束處理包括改變氣流、改變諸如每 脈沖的能流的激光器參數(shù)、阻擋電子或離子束或者移動支撐所述樣本的臺。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，把激光束朝向樣本引導(dǎo)包括在具有小于10_3毫巴 的壓強的環(huán)境中把激光束朝向樣本引導(dǎo)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，把激光束朝向樣本引導(dǎo)包括在具有小于50毫巴的 壓強的環(huán)境中把激光束朝向樣本引導(dǎo)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括確定從所述樣本發(fā)射的 電子流。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，確定從所述表面發(fā)射的電子流包括測量所述樣本 和直接或者間接接觸所述樣本的地線之間的電流。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括確定從所述樣本發(fā)射的 電子的能量。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括檢測從所述樣本發(fā)射的 光子。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括檢測具有特征波長的光子。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括過濾具有除所述特征 波長之外的波長的光子。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括確定從所述表面發(fā)射的 粒子的質(zhì)量。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括確定從所述表面發(fā)射的 粒子的荷質(zhì)比。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括在確定從所述表面發(fā)射的粒子的質(zhì)量之前使中 性粒子離子化。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，使中性粒子離子化包括使用激光束使中性粒子 1 子化ο
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，使中性粒子離子化包括使用電子束使中性粒子 1 子化ο
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，使中性粒子離子化包括引導(dǎo)具有時延的激光束 以使通過第一激光束從所述樣本噴射的演進(jìn)發(fā)射離子化。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，使中性粒子離子化包括使用第二激光束使中性 粒子離子化。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定從所述表面發(fā)射的粒子的質(zhì)量包括使用感應(yīng) 耦合等離子體質(zhì)譜分析法確定所述質(zhì)量。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，把激光束朝向樣本引導(dǎo)包括把具有小于一皮秒的 脈沖持續(xù)時間的脈沖激光朝向所述樣本弓I導(dǎo)。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括使用窄帶檢測器來檢測 僅具有指定屬性的發(fā)射。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括確定所述發(fā)射的電流。
23.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括確定所述發(fā)射的能量。
24.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括把帶電粒子束朝向所述樣本引導(dǎo)。
25.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括確定所述發(fā)射的能譜。
26.一種在樣本上產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的方法，包括把激光束朝向樣本引導(dǎo)以產(chǎn)生或者修改結(jié)構(gòu)；把帶電粒子束朝向所述樣本引導(dǎo)；檢測來自所述樣本的由所述帶電粒子束的入射所引起的發(fā)射；確定所述發(fā)射的屬性，所述屬性表示所述樣本的特征；以及當(dāng)所述發(fā)射指示所述激光束入射到其上的材料的變化時改變激光束處理。
27.如權(quán)利要求沈所述的方法，其中，所述激光和粒子束同時入射在所述樣本上。
28.如權(quán)利要求沈所述的方法，其中，所述激光和粒子束相繼地入射在所述樣本上。
29.如權(quán)利要求沈所述的方法，其中，所述帶電粒子束是電子束。
30.如權(quán)利要求沈所述的方法，其中，所述帶電粒子束是電子束，且其中檢測來自所述 樣本的由所述帶電粒子束的入射引起的發(fā)射包括檢測二次電子、后向散射的電子或者透射 的電子。
31.如權(quán)利要求沈所述的方法，其中，所述帶電粒子束是電子束，且其中檢測來自所述 樣本的由所述帶電粒子束的入射引起的發(fā)射包括檢測光子(包括X射線)。
32.如權(quán)利要求沈所述的方法，其中，所述帶電粒子束是電子束，且其中檢測來自樣本 的發(fā)射包括檢測來自所述表面下面的材料的發(fā)射。
33.如權(quán)利要求沈所述的方法，其中，所述帶電粒子束是離子束。
34.一種用于產(chǎn)生或者修改樣本的系統(tǒng)，包括用于容納樣本的樣本容器；用于把激光束朝向所述樣本引導(dǎo)的快速脈沖激光器；用于檢測來自所述樣本的由所述激光束的撞擊導(dǎo)致的發(fā)射的檢測器，所述發(fā)射表示所 述樣本的特征。
35.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中，樣本容器把所述樣本容納在真空中。
36.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射檢測器包括電子檢測器。
37.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射檢測器包括質(zhì)譜儀或者光譜儀。
38.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射檢測器包括感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜儀 或者光譜儀。
39.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射檢測器是光子檢測器。
40.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射檢測器是能量分散型X射線光譜檢測
41.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射檢測器是波長分散型X射線光譜檢測器
42.一種用于產(chǎn)生或者修改結(jié)構(gòu)的設(shè)備，包括 用于容納樣本的真空室；用于對所述真空室中的所述樣本進(jìn)行操作的激光系統(tǒng)，所述激光系統(tǒng)包括透鏡； 用于使在帶電粒子或者激光束撞擊時從樣本發(fā)射的二次粒子偏轉(zhuǎn)離開激光系統(tǒng)透鏡 以防止該激光系統(tǒng)透鏡受到二次粒子的損壞的偏轉(zhuǎn)器；用于使在帶電粒子或者激光束撞擊時從樣本發(fā)射的二次粒子偏轉(zhuǎn)離開帶電粒子光學(xué) 列部件以防止該帶電粒子光學(xué)列部件受到二次粒子的損壞的偏轉(zhuǎn)器；和/或用于使在帶電粒子或者激光束撞擊時從樣本發(fā)射的二次粒子偏轉(zhuǎn)離開該設(shè)備的任何 部件以防止該設(shè)備的所述部件受到二次粒子的損壞的偏轉(zhuǎn)器。
43.如權(quán)利要求42所述的設(shè)備，其中，所述偏轉(zhuǎn)器包括電極，所述電極電連接到放大器 以確定二次粒子電流。
44.如權(quán)利要求42所述的設(shè)備，其中，所述偏轉(zhuǎn)器包括一組電極。
45.如權(quán)利要求42所述的設(shè)備，其中，所述偏轉(zhuǎn)器包括磁偏轉(zhuǎn)器。
46.一種產(chǎn)生或者修改結(jié)構(gòu)的方法，包括提供包括用于容納樣本的真空室、帶電粒子束列和激光系統(tǒng)的系統(tǒng)，所述激光系統(tǒng)包 括用于對真空室內(nèi)的樣本進(jìn)行操作的透鏡；把帶電粒子束朝向樣本引導(dǎo)，帶電粒子束的撞擊引起二次粒子的發(fā)射；提供使二次粒子偏轉(zhuǎn)離開激光系統(tǒng)透鏡以防止激光系統(tǒng)透鏡受到二次粒子的損壞的場；提供使二次粒子偏轉(zhuǎn)離開發(fā)射檢測器的場；以及 提供使二次粒子偏轉(zhuǎn)離開帶電粒子光學(xué)列的部件的場。
47.如權(quán)利要求46所述的方法，其中，使所述二次粒子偏轉(zhuǎn)離開所述激光系統(tǒng)透鏡的 所述透鏡包括提供用以產(chǎn)生靜電場以使所述帶電粒子偏轉(zhuǎn)的電極。
48.如權(quán)利要求46所述的方法，其中，提供用以產(chǎn)生靜電場以使所述二次帶電粒子偏 轉(zhuǎn)的電極包括提供任何數(shù)目的電極以產(chǎn)生被設(shè)計成使所述帶電粒子偏轉(zhuǎn)的電場。
49.一種通過激光束處理產(chǎn)生或者修改結(jié)構(gòu)的方法，包括 把激光束朝向樣本引導(dǎo)以產(chǎn)生或者修改結(jié)構(gòu)檢測來自所述樣本的發(fā)射；確定所述發(fā)射的屬性，所述屬性表示所述樣本的特征；以及 當(dāng)所述發(fā)射指示所述激光束入射到其上的材料的變化時改變所述激光束處理。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其中，檢測來自所述樣本的發(fā)射包括檢測從所述樣本 發(fā)射的發(fā)光、電子、離子、中性原子或分子或者離子/小滴。
51.如權(quán)利要求49或50所述的方法，其中，來自所述樣本的所述發(fā)射由所述激光束的入射引起。
52.如權(quán)利要求49或50所述的方法，還包括把帶電粒子束朝向所述樣本引導(dǎo)。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其中，來自所述樣本的所述發(fā)射由所述帶電粒子束的入射引起。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，還包括提供包括用于容納樣本的真空室、帶電粒子束列、激光系統(tǒng)和發(fā)射檢測器的系統(tǒng)，所述 激光系統(tǒng)包括用于對所述真空室內(nèi)的所述樣本進(jìn)行操作的透鏡，所述發(fā)射檢測器用于檢測 來自所述樣本的發(fā)射；提供使由所述帶電粒子束的入射產(chǎn)生的二次粒子偏轉(zhuǎn)離開所述激光系統(tǒng)透鏡以防止 所述激光系統(tǒng)透鏡受到所述二次粒子的損壞的場；提供使所述二次粒子偏轉(zhuǎn)離開發(fā)射檢測器的場；以及提供使所述二次粒子偏轉(zhuǎn)離開所述帶電粒子光學(xué)列的部件的場。
55.如權(quán)利要求49-54中任一項所述的方法，其中，改變所述激光束處理包括停止把 所述激光束朝向所述樣本引導(dǎo)、改變氣流、改變諸如每脈沖的能流的激光器參數(shù)、阻擋電子 或離子束或者移動支撐所述樣本的臺。
56.如權(quán)利要求49-55中任一項所述的方法，其中，把激光束朝向樣本引導(dǎo)包括在具有 小于10_3毫巴或者小于50毫巴的壓強的環(huán)境中把激光束朝向樣本引導(dǎo)。
57.如權(quán)利要求49-56中任一項所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括確定從所 述樣本發(fā)射的電子流。
58.如權(quán)利要求57所述的方法，其中，確定從所述表面發(fā)射的電子流包括測量所述樣 本和直接或者間接接觸所述樣本的地線之間的電流。
59.如權(quán)利要求49-58中任一項所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括確定從所 述樣本發(fā)射的電子的能量。
60.如權(quán)利要求49-58中任一項所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括檢測從所 述樣本發(fā)射的光子。
61.如權(quán)利要求49-58中任一項所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括檢測具有 特征波長的光子。
62.如權(quán)利要求61所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括過濾具有除了所述特 征波長之外的波長的光子。
63.如權(quán)利要求49-62中任一項所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括確定從所 述表面發(fā)射的粒子的質(zhì)量。
64.如權(quán)利要求49-63中任一項所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括確定從所 述表面發(fā)射的粒子的荷質(zhì)比。
65.如權(quán)利要求63所述的方法，還包括在確定從所述樣本發(fā)射的粒子的質(zhì)量之前使中 性粒子離子化。
66.如權(quán)利要求65所述的方法，其中，使中性粒子離子化包括使用激光束使中性粒子 1 子化ο
67.如權(quán)利要求65所述的方法，其中，使中性粒子離子化包括使用電子束使中性粒子 1 子化ο
68.如權(quán)利要求65所述的方法，其中，使中性粒子離子化包括引導(dǎo)具有時延的激光束 以使通過第一激光束從所述樣本噴射的演進(jìn)發(fā)射離子化。
69.如權(quán)利要求65所述的方法，其中，使中性粒子離子化包括使用第二激光束使中性粒子離子化。
70.如權(quán)利要求63所述的方法，其中，確定從所述表面發(fā)射的粒子的質(zhì)量包括使用感 應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜分析法確定所述質(zhì)量。
71.如權(quán)利要求49-70中任一項所述的方法，其中，把激光束朝向樣本引導(dǎo)包括把具有 小于一皮秒的脈沖持續(xù)時間的脈沖激光朝向所述樣本弓I導(dǎo)。
72.如權(quán)利要求49-71中任一項所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括使用窄帶 檢測器來檢測僅具有指定屬性的發(fā)射。
73.如權(quán)利要求49-72中任一項所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括確定所述 發(fā)射的電流。
74.如權(quán)利要求49-73中任一項所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括確定所述 發(fā)射的能量。
75.如權(quán)利要求49-74中任一項所述的方法，其中，確定所述發(fā)射的屬性包括確定所述 發(fā)射的能譜。
全文摘要
通過使用終點確定或者通過使用帶電粒子束和激光一起來加強激光處理。終點確定使用來自基底的發(fā)射確定激光下的材料何時已經(jīng)改變或者將要改變，所述發(fā)射諸如光子、電子、離子或中性粒子。從樣本去除的材料能夠被偏轉(zhuǎn)以避免沉積到激光光學(xué)器件上。
文檔編號G01N23/225GK102149509SQ200980135211
公開日2011年8月10日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者D·H·納魯姆, 費恩 G·N·A·范, G·克尼佩爾斯, M·烏特勞特, M·托思, M·斯特勞 申請人:Fei公司