專利名稱：一種利用同步可控電子束提高聚焦離子束加工精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種利用同步可控電子束提高聚焦離子束加工精度的方法，它主 要應(yīng)用于半導體工業(yè)及材料的微納米加工等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米科技是當今國際上的一個研究熱點。納米測量學在納米科技中起著信息采集 和分析的一個不可替代的重要作用，納米加工是納米尺度制造的核心，而聚焦離子束是納 米測量和納米加工中最為重要的方法。聚焦離子束技術(shù)是一種集形貌觀測、定位制樣、成份 分析、薄膜淀積和無掩模刻蝕過程于一身的技術(shù)，其以較高加工靈活性、加工步驟少逐漸成 為新一代納米加工技術(shù)，特別是與掃描電子顯微鏡組合，使之在納米材料和半導體工業(yè)中 得到廣泛地應(yīng)用。對聚焦離子束系統(tǒng)來說，它的刻蝕加工分辨率是一個很重要的指標。但 是由于離子束中帶正電荷的離子會因庫侖相互作用而使聚焦的離子束發(fā)散，使其加工精度 得到限制，所以當聚焦離子束在對材料進行高精度成像或加工處理時，就無法發(fā)揮其優(yōu)勢。
發(fā)明內(nèi)容
1、目的根據(jù)納米科技中微納米加工高精度的需要，本發(fā)明提供一種利用同步可 控電子束提高聚焦離子束加工精度的方法，在電子束的輔助作用下，它可以很大程度上提 高聚焦離子束的加工精度。2、技術(shù)方案本發(fā)明提供一種利用同步可控電子束提高聚焦離子束加工精度的方 法，該方法具體步驟如下步驟一對刻蝕加工的樣品進行清洗、烘干，然后裝入聚焦離子束-掃描電子顯微 鏡雙束系統(tǒng)樣品室的樣品臺上，關(guān)上該雙束系統(tǒng)的樣品室門抽取真空，其真空度要求低于 l(T3Pa。步驟二移動樣品臺到該雙束系統(tǒng)的工作距離，按要求調(diào)節(jié)該雙束系統(tǒng)中電子束 和離子束的電壓、束流等參數(shù)，根據(jù)聚焦離子束束流大小選擇好合適的電子束束流范圍，為 了保證有電子束中電子密度足夠大，電子束束流一般為離子束束流的IO3倍以上；調(diào)節(jié)好電 子束與離子束象散，最終使該系統(tǒng)中的電子束與離子束的焦點匯聚于樣品表面。步驟三當該雙束系統(tǒng)中電子束與離子束聚焦調(diào)好后，利用束消隱關(guān)閉電子束與 離子束，防止對樣品造成損傷；在聚焦離子束曝光軟件-圖形發(fā)生器上設(shè)計好需要加工的 圖形，打開聚焦離子束進行加工，同時打開電子束輔助聚焦離子束刻蝕加工。打開電子束的 目的是既可以利用電子束高精度成像功能實現(xiàn)實時觀測刻蝕加工過程，又可以因電子束的 引入來中和離子束中的離子，減小離子束中庫侖力來降低因庫侖力帶來離子間相互排斥作 用，從而可以提高聚焦離子束的匯聚效果即減小離子束的束斑直徑，最終達到提高其刻蝕 加工精度目的。步驟四關(guān)閉該雙束系統(tǒng)中電子束與離子束的高壓，從樣品室的樣品臺上取出加 工刻蝕完的樣品。
3、優(yōu)點及功效本發(fā)明一種利用同步可控電子束提高聚焦離子束加工精度的方 法，其優(yōu)點在于經(jīng)過改進后的系統(tǒng)，因為同步可控電子束的引入，聚焦離子束的刻蝕加工分辨在 原有系統(tǒng)分辨率的基礎(chǔ)上更進一步，從而可以更能發(fā)揮聚焦離子束系統(tǒng)的刻蝕加工的能 力。
圖1是本發(fā)明所述方法的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所述方法的加工實例圖。圖2 (a)是本發(fā)明在電子束開關(guān)條件下獲得的聚焦離子束在Si基底上刻蝕最小線 寬的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；刻蝕的條件為離子束束流13. 3pA，刻蝕時間為lmin。圖2 (b)是本發(fā)明在電子束開關(guān)條件下獲得的聚焦離子束在Si基底上刻蝕最小線 寬的SEM圖；刻蝕的條件為離子束束流13. 3pA，刻蝕時間為lmin。圖2(c)本發(fā)明在電子束開關(guān)條件下，刻蝕線寬與離子束流的關(guān)系圖。圖2(d)本發(fā)明在電子束打開的下，刻蝕線寬減小率隨離子束流變化曲線圖。圖3是本發(fā)明所述方法的流程框圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。本方法是在JEOL公司的 JSM-6490LV掃描電子顯微鏡上增配Orsayphysics公司Canion 31+型離子柱體完成的雙束 系統(tǒng)上實施的，所用的圖形發(fā)生器為DY2000A。見圖1 (是本發(fā)明所述方法的裝置結(jié)構(gòu)示意圖)和圖3 (是本發(fā)明所述方法的流程 框圖)所示，本發(fā)明一種利用同步可控電子束提高聚焦離子束加工精度的方法，該方法具 體步驟如下步驟一對刻蝕加工的單晶Si片基底進行清洗、烘干，然后裝入聚焦離子束-掃描 電子顯微鏡雙束系統(tǒng)的樣品臺上，關(guān)上雙束系統(tǒng)的樣品室門抽取真空，其真空度要求低于 10、a。步驟二 調(diào)節(jié)樣品臺的位置，使其工作距離為22mm并傾斜55° ；打開聚焦離子束 和電子束的高壓，兩束的加速電壓都選擇為30kV，離子束束流為20pA，電子束流為50nA ；調(diào) 節(jié)好離子束與電子束象散，最終使兩束聚焦于樣品表面。步驟三當該雙束系統(tǒng)中電子束與離子束聚焦調(diào)好后，利用束消隱關(guān)閉電子束與 離子束，防止對樣品造成損傷；利用DY2000A圖形發(fā)生器設(shè)計好所需要的刻蝕加工的圖形， 并設(shè)定刻蝕時間為Imin ；打開離子束進行加工，同時把電子束打開來輔助離子束刻蝕加 工，選擇50nA電子束流及55°入射角度，所有實驗都是在室溫下完成的。步驟四刻蝕完畢后，關(guān)閉該雙束系統(tǒng)中電子束與離子束的高壓，從樣品室的樣品 臺上取出加工刻蝕完的樣品。現(xiàn)有的聚焦離子束系統(tǒng)或者聚焦離子束-電子束雙束系統(tǒng)中，由于聚焦離子束中 離子間的庫侖相互作用，匯聚的離子束會產(chǎn)生發(fā)散的效果，離子束流越大這種發(fā)散作用就 會越大，離子束的發(fā)散就會引起束斑的不規(guī)則變化從而影響加工精度。如在聚焦離子束系統(tǒng)引入可控同步的電子束，利用電子束與離子束的中和作用使聚焦離子束在成像或者加工 過程中離子束中離子間庫侖力減小，甚至可使之減小至零。庫侖力減小，離子束匯聚效果就 增強，從而使離子束束斑縮小來提高聚焦離子束的刻蝕加工的分辨率。而聚焦離子束成像 或者加工是靠離子束中離子動量來完成的，而外加的電子的質(zhì)量相對離子來說是可以忽略 不計，故離子的動量幾乎保持不變，也就是說在刻蝕過程中電子束對聚焦離子束刻蝕的影 響可以忽略不計。在離子束加工過程中，打開電子束，于是電子束中的電子就可以中和離子束中帶 正電的離子，使離子束因庫侖相互作用帶來的發(fā)散效果減小，最終達到提高離子束的加工 精度。該雙束系統(tǒng)中包括聚焦離子束系統(tǒng)、掃描電子顯微鏡系統(tǒng)和圖形發(fā)生器，其中掃 描電子顯微鏡系統(tǒng)中的電子束束流可以精確可控。電子束與離子束的匯聚點要盡量的高， 這樣離子束可以獲得更好的匯聚效果。見圖2所示，圖2(a)、(b)、(c)、(d)顯示的是在Si片基底上用聚焦離子束刻蝕線 寬的SEM圖及相應(yīng)的實驗曲線圖，圖2(a)、(b)是SEM圖，圖2(c)、(d)是相應(yīng)的實驗曲線 圖。從圖2(d)可以看出當離子束束流在0 40pA范圍內(nèi)，引入同步電子束可以減小離子 束刻蝕線的寬度，提高率最大接近30%。表1是不同離子束下刻蝕線寬數(shù)據(jù)。表 權(quán)利要求
1.一種利用同步可控電子束提高聚焦離子束加工精度的方法，其特征在于該方法具 體步驟如下步驟一對刻蝕加工的樣品進行清洗、烘干，然后裝入聚焦離子束-掃描電子顯微鏡雙 束系統(tǒng)樣品室的樣品臺上，關(guān)上該雙束系統(tǒng)的樣品室門抽取真空；步驟二 移動樣品臺到該雙束系統(tǒng)的工作距離，按要求調(diào)節(jié)該雙束系統(tǒng)中電子束和離 子束的電壓、束流參數(shù)，根據(jù)聚焦離子束束流大小選擇好電子束束流范圍，為了保證有電子 束中電子密度足夠大，電子束束流選擇為離子束束流的IO3倍以上；調(diào)節(jié)好電子束與離子束 象散，最終使該系統(tǒng)中的電子束與離子束的焦點匯聚于樣品表面；步驟三當該雙束系統(tǒng)中電子束與離子束聚焦調(diào)好后，利用束消隱關(guān)閉電子束與離子 束，防止對樣品造成損傷；在聚焦離子束曝光軟件-圖形發(fā)生器上設(shè)計好需要加工的圖形； 打開聚焦離子束進行加工，同時打開電子束輔助聚焦離子束刻蝕加工；打開電子束的目的 是既可以利用電子束高精度成像功能實現(xiàn)實時觀測刻蝕加工過程，又可以因電子束的引入 來中和離子束中的離子，減小離子束中庫侖力來降低因庫侖力帶來離子間相互排斥作用， 從而可以提高聚焦離子束的匯聚效果即減小離子束的束斑直徑，最終達到提高其刻蝕加工 精度目的；步驟四關(guān)閉該雙束系統(tǒng)中電子束與離子束的高壓，從樣品室的樣品臺上取出加工刻 蝕完的樣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用同步可控電子束提高聚焦離子束加工精度的方法， 其特征在于步驟一中所述的“關(guān)上該雙束系統(tǒng)的樣品室門抽取真空”，其抽取的真空度低 于 l(T3Pa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用同步可控電子束提高聚焦離子束加工精度的方法， 其特征在于步驟二中所述的“按要求調(diào)節(jié)該雙束系統(tǒng)中電子束和離子束的電壓、束流參 數(shù)，根據(jù)聚焦離子束束流大小選擇好電子束束流范圍”，兩束的加速電壓都選擇為30kV，離 子束束流為20pA，電子束流為50nA。
全文摘要
一種利用同步可控電子束提高聚焦離子束加工精度的方法，該方法有四大步驟一、對刻蝕加工的樣品進行清洗、烘干，然后裝入雙束系統(tǒng)的樣品臺上，并抽取真空；二、移動樣品臺到該雙束系統(tǒng)的工作距離，調(diào)節(jié)該雙束系統(tǒng)電壓、束流等參數(shù)，調(diào)節(jié)好電子束與離子束象散，最終使該系統(tǒng)中的電子束與離子束的焦點匯聚于樣品表面。三、在聚焦離子束曝光軟件-圖形發(fā)生器上設(shè)計好需要加工的圖形；同時打開聚焦離子束和電子束輔助聚焦離子束刻蝕加工，根據(jù)聚焦離子束束流大小選擇好合適的電子束束流范圍；四、關(guān)閉該雙束系統(tǒng)中電子束與離子束的高壓，從樣品室的樣品臺上取出加工刻蝕完的樣品。它在半導體工業(yè)及材料的微納米加工等技術(shù)領(lǐng)域里具有發(fā)展前景。
文檔編號H01J37/32GK102064077SQ20101056969
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者姚駿恩, 崔益民, 王榮明, 羅滸 申請人:北京航空航天大學