[发明专利]用于主动地监测电感耦合等离子体离子源的方法和设备

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于聚焦离子束(FIB)中的电感耦合等离子体(ICP)离子源的主动监测的方法和结构。

背景技术

聚焦离子束系统用于集成电路制造和纳米技术中的各种应用以创建并改变微观和纳米观结构。聚焦离子束能够使用各种源来产生离子。液体金属离子源能够提供高分辨率(小斑点尺寸)，但通常产生低电流并且在可用离子的类型方面受到限制。不同的离子种类具有不同的性质，这使得对于特定应用而言一些离子种类比其它离子种类更优选。例如，氦离子对成像或光抛光有用，而氙离子提供对大量处理有用的更高的铣削速度。为了产生用于高分辨率处理的非常窄的射束，来自LMIS的射束中的电流必须保持相对低，这意味着低蚀刻速度和更长的处理时间。当射束电流增加超过某一点时，分辨率迅速降低。

等离子体离子源在等离子体室中使气体电离并提取离子以形成聚焦在工件上的射束。等离子体离子源可包括单一气体种类或许多不同类型的气体以提供不同种类的离子。当与LMIS源相比时，等离子体离子源具有更大的虚拟源尺寸并且暗得多。来自等离子体源的离子束因此不能聚焦为像来自LMIS的射束一样小的斑点，但等离子体源能够产生大得多的电流。

等离子体源(诸如，由Coath et al., “A High-Brightness Duoplasmatron Ion Source Microprobe Secondary Ion Mass Spectroscopy,” Rev. Sci. Inst. 66(2), p. 1018 (1995)描述的双等离子管源)已被用作用于离子束系统的离子源，具体地讲，用于质谱学和离子注入中的应用。电感耦合等离子体(ICP)源最近已被与聚焦镜筒一起使用以形成带电粒子(即，离子或电子)的聚焦束。

电感耦合等离子体源能够提供在窄能量范围内的带电粒子，与来自双等离子管源的离子相比，这允许粒子聚焦到更小的斑点。ICP源(诸如，由Keller et al., “Magnetically enhanced, inductively coupled plasma source for a focused ion beam system,” 美国专利No. 7,241,361描述的ICP源，该专利被转让给本发明的受让人并通过引用包含于此)包括通常缠绕在陶瓷等离子体室上的射频(RF)天线。RF天线提供能量以使气体在等离子体室内保持在电离状态。因为等离子体源的虚拟源尺寸比LMIS的虚拟源尺寸大得多，所以等离子体源暗得多。

不幸的是，等离子体源发射中的漂移和不稳定性很常见。这些类型的不稳定性的原因和可能的校正措施经常难以分辨。已知用于监测等离子体状况的各种装置，但这些方法具有许多缺点。使用质谱仪可监测气体纯度或种类组成，但所需的装备昂贵，对于高原子质量气体种类(诸如，氙(131 AMU))而言尤其如此。使用Langmuir（朗缪尔）探针能够实现监测等离子体密度，但这也很昂贵并且难以在30 kV等离子体中实现。结果，目前未实现用于源的调整和控制的等离子体状况的主动监测。

目前，也非常难以监测、控制和优化由ICP离子源发射的离子种类的分布(是单电离还是多电离还是多原子离子)。离子种类的监测将会是希望的，以确保合适的离子的种类并且正在发射所希望的量的所述种类，不管是希望单一种类还是多个种类。这种监测还将会是希望的，以检测等离子体反应室中的不需要的污染物种类的存在。如果质量过滤系统发生故障、不合适或者未被采用，则这种污染物可随所希望的射束种类一起沿聚焦镜筒行进。

需要这样一种方法和设备：用于电感耦合等离子体(ICP)离子源的等离子体状况的主动监测，以实现源的调整和控制以及检测等离子体反应室中的不需要的污染物种类的存在。

发明内容

本发明的目的在于提供这样一种方法和设备：用于主动地监测等离子体源的状况，以实现源的调整和控制以及检测等离子体反应室中的不需要的污染物种类的存在。

根据优选实施例，光谱分析用于量化等离子体的成分并传送其它有用的信息，诸如源管内的离子种类的相对强度和成分。反馈控制回路使用这种信息调节并监测带电粒子束设备的源和其它部件以确保合适的符合性。