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1、(10)申请公布号 CN 103817434 A (43)申请公布日 2014.05.28 CN 103817434 A (21)申请号 201310564270.0 (22)申请日 2013.11.14 13/677,854 2012.11.15 US B23K 26/064(2014.01) B23K 26/12(2014.01) (71)申请人 FEI 公司 地址 美国俄勒冈州 (72)发明人 K. 布鲁兰德 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 蒋骏 胡莉莉 (54) 发明名称 与 FIB 和 / 或电子显微镜一起使用的双激光 束系统 (57) 摘要。
2、 本发明披露了一种用于使用两个分离开的具 有不同特征的激光束对各种材料进行加工和成像 的电子显微镜和 FIB 系统。第一激光束用于工件 的大块材料清除和深沟槽蚀刻。第二激光束用于 更精细的精密作业， 如工件的微机械加工、 小光点 加工、 或小热影响区的产生。 该第一激光束和该第 二激光束可以来自同一激光源或来自分离开的激 光源。具有一个激光源具有使系统更加便宜和能 够创建分离开的外部和内部台的附加益处， 从而 使得从第一激光束的大块材料清除中生成的碎片 将不干扰粒子束室内的真空或组件。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 12 页 附图 5 页 (19)中华。
3、人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书12页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103817434 A CN 103817434 A 1/3 页 2 1. 一种用于用带电粒子束和激光束两者对工件进行加工的系统， 该系统包括 ： 第一工作台， 其包括真空室用于对该真空室内所支持的第一工件进行加工 ； 第二工作台， 用于对真空室外的第二工件进行加工 ； 产生源输出激光束的激光源 ； 光学系统， 其被配置成用于将该源输出激光束分成至少第一激光束和第二激光束以及 将该第一激光束传递到该真空室内的该第一工件并且将该第二激光束传递到该真空室外 的该第二工件 ； 以及 粒子。
4、束源， 用于对该真空室内的该第二工件进行加工。 2. 如权利要求 1 所述的系统， 其中， 该光学系统包括用于将该第一激光束定位在该第 一工件上的第一束转向机构和用于将该第二激光束定位在该第二工件上的第二束转向机 构。 3. 如权利要求 1 或权利要求 2 所述的系统， 其中， 该光学系统包括改变该第一激光束、 该第二激光束的频率、 强度、 或脉冲宽度或持续时间或者脉冲宽度和持续时间两者的至少 一个调节装置， 其中， 当对其对应的工件进行加工时， 该第一激光束和该第二激光束具有不 同的强度。 4. 如权利要求 3 所述的系统， 其中， 该第二激光束比该第一激光束具有更高的功率， 该 第二激光束。
5、被适配成用于执行每秒至少 10,000 立方微米材料的大块材料清除并且该第一 激光束被适配成用于执行每秒清除少于 5000 立方微米材料的精细操作。 5. 一种用于用带电粒子束和激光束两者对工件进行加工的系统， 该系统包括 ： 真空室 ； 带电粒子束系统， 用于加工该真空室内的工件 ； 放置在该真空室外的多个激光源 ； 光学系统， 其被配置成用于将来自该多个激光源的激光束从该真空室外引导至该真空 室内的工件。 6. 如权利要求 5 所述的系统， 其中， 该多个激光源之一产生第一强度的束并且该多个 激光源中的另一个激光源产生第二强度的束， 该第二强度小于该第一强度的 。 7.如权利要求5或权利要。
6、求6所述的系统， 其中， 该多个激光源之一为飞秒激光器并且 该多个激光源中的另一个激光源为纳秒激光器或连续波激光器。 8.如权利要求5或权利要求6所述的系统， 其中， 来自该多个激光源的激光束中的多个 激光束通过同一个物镜聚焦到该工件上。 9.如权利要求5或权利要求6所述的系统， 其中， 来自该多个激光源的激光束中的多个 激光束通过不同的物镜聚焦到该工件上。 10. 一种用于使用带电粒子束和激光束两者对工件进行加工的系统， 该系统包括 ： 真空室， 用于容纳第一工件 ； 带电粒子束柱， 用于对该真空室内的该第一工件进行加工 ； 第一激光束源， 用于对该第一工件进行加工 ； 第二激光束源， 用于。
7、对该第一工件或该第二工件进行加工， 该第一激光束和该第二激 光束具有不同的束特性， 并且该第一激光束源或该第二激光束源中的至少一个被适配成用 于将该第一激光束或该第二激光束引导至该真空室内的该工件。 权 利 要 求 书 CN 103817434 A 2 2/3 页 3 11. 如权利要求 10 所述的系统， 其中， 该第一激光束源和该第二激光束源包括一个单 个激光束生成器并且该第一激光束源和该第二激光束源中的至少一个包括改变该束生成 器生成的束的频率、 强度或脉冲宽度或持续时间的束调节器。 12. 如权利要求 11 所述的系统， 其中， 该束调节器被配置成用于使得该第一激光束具 有该第二激光束。
8、的功率的 1/10， 该第二激光束适用于大块清除并且该第一激光束适用于精 细机械加工。 13. 如权利要求 11 所述的系统， 其中， 该第二工件放置在该真空室外。 14. 如权利要求 10 至 13 任一项所述的系统， 其中， 将该第一激光束和该第二激光束引 导至该真空室内的该第一工件。 15. 如权利要求 14 所述的系统， 其中， 该第一激光束和该第二激光束通过同一个物镜 聚焦到该工件上。 16. 如权利要求 14 所述的系统， 其中， 该第一激光束和该第二激光束通过不同的物镜 聚焦到该工件上。 17. 如权利要求 11 至 13 任一项所述的系统， 其中， 通过以下过程之一调节该第一激。
9、光 束 ： 波长转换、 脉冲宽度或频率改变、 放大和衰减。 18. 如权利要求 10 至 13 任一项所述的系统， 进一步包括转向反射镜， 该转向反射镜作 用在该第一激光束和 / 或该第二激光束上以便将该第一激光束或该第二激光束引导至该 第一工件上的希望位置。 19. 一种使用带电粒子束系统的方法， 包括 ： 引导用于对第一工件进行加工的第一激光束， 从真空室外引导第二激光束， 以便对该第一工件或该真空室内的第二工件进行加工， 以及 引导带电粒子束， 以便对所述第一或第二工件进行加工， 其中， 该第一激光束在相应工件上具有比该第二激光束的强度更大的强度， 该第一激 光以比该第二激光更快的速率清。
10、除材料， 该第二激光以比该带电粒子束更快的速率清除材 料。 20. 如权利要求 19 所述的方法， 其中， 对该第一激光束进行引导包括将源自激光束生 成器的束引导至该真空室外的该第一工件， 并且对该第二激光束进行引导包括将源自同一 激光束生成器的束引导穿过束调节器朝向该真空室内的第二工件。 21. 如权利要求 19 或权利要求 20 所述的方法， 其中， 将束引导穿过该束调节器包括以 下内容中的至少一个 ： 空间束轮廓修改器、 时间束轮廓修改器、 移频器、 倍频光学器件、 衰减 器、 放大器、 选模光学器件以及扩束器。 22. 如权利要求 19 所述的方法， 其中， 引导该第一激光束以便加工第。
11、一工件包括将该 第一激光束引导至放置在该真空室内的第一工件。 23. 如权利要求 22 所述的方法， 其中， 对第一激光束进行引导和对第二激光束进行引 导包括引导该第一激光束和引导该第二激光束穿过同一个物镜朝向该真空室内的该第一 工件。 24. 如权利要求 22 所述的方法， 其中， 对第一激光束进行引导和对第二激光束进行引 导包括引导该第一激光束并且引导该第二激光束穿过不同的物镜朝向该真空室内的该第 权 利 要 求 书 CN 103817434 A 3 3/3 页 4 一工件。 25. 如权利要求 19 或权利要求 20 所述的方法， 其中， 对第一激光束进行引导和对第二 激光束进行引导包括。
12、 ： 引导源自第一激光生成器的第一激光束， 并且对第二激光束进行引 导包括引导源自第二激光生成器的第二激光束。 26. 如权利要求 19 或权利要求 20 所述的方法， 其中， 对第一激光束进行引导和对第二 激光束进行引导包括 ： 引导源自第一激光生成器的第一激光束， 并且对第二激光束进行引 导包括引导源自第一激光生成器的第二激光束， 其中， 该第一激光束或该第二激光束或者 两个激光束穿过束调节器以改变强度、 波长、 或脉冲宽度或频率。 27. 如权利要求 19 或权利要求 20 所述的方法， 其中， 该第一激光束和该第二激光束同 时对其对应的工件进行加工。 权 利 要 求 书 CN 1038。
13、17434 A 4 1/12 页 5 与 FIB 和 / 或电子显微镜一起使用的双激光束系统 0001 发明技术领域 本发明涉及一种激光加工工具的配置， 其中， 与带电粒子束仪器和 / 或电子显微镜一 起使用分离开的激光加工光点。 0002 发明背景 激光与电子显微镜和聚焦离子束 （FIB） 系统的一起使用在如集成电路、 磁性录音头以 及光刻掩模等微型器件的制造、 修理和检查领域中提供了各种应用。这些应用还可以用于 能源勘探、 材料科学和生物学领域。电子显微镜 （典型地扫描电子显微镜 （SEM） ） 在对目标 物或工件造成最小破坏的情况下提供高分辨率成像， 并且 FIB 用于改变工件以及用于形。
14、成 影像。还可以使用其他类型的电子显微镜， 如透射电子显微镜 （TEM） 和扫描透射电子显微 镜 （STEM） 。 0003 FIB 和 SEM/STEM/TEM 一起使用可以提供使试样的内部成像的能力。FIB 系统以一 种与扫描电子显微镜类似的方式操作， 不是一束电子， 并且顾名思义， FIB 系统使用可以在 低束电流下操作用于成像或在高束电流下操作用于特定部位成像、 沉积或铣削的精细微聚 焦离子 （通常为镓） 束。FIB 工具的一种常见的用途是对表面进行机械加工。理想的 FIB 机 器可以能够用高束电流和加速势对样品向内机械加工进几十或几百微米。 在低束电流和加 速势下， 其可以能够机械加。
15、工掉接近原子厚度的层， 而不破坏纳米级或甚至以下的层。 当与 SEM/STEM/TEM 一起用于高分辨率成像时， FIB 的这种微米和纳米机械加工能力常常非常有 效。在其他过程中， FIB 可以用于切削掉不想要的电气连接， 和 / 或沉积导电材料， 以便在 半导体中制作连接。FIB 还用于无掩模注入。在这些 FIB 和 / 或 SEM 过程中， 常常需要创造 一种相对没有障碍的环境。不幸地， 多种不同的过程 （包括大块材料清除过程） 将产生大量 会潜在干扰 SEM/STEM/TEM 和 FIB 的碎片。 0004 激光的使用近来已经被引入本领域以对工件进行快速加工。例如， 2009 年 1 月。
16、 9 日提交的 Utlaut 等人的美国专利公开号 2011/0163068“多束系统 （Multibeam System） ” 针对一种使用附加激光束用于快速加工的 FIB 系统。当与 SEM/STEM/TEM 和 FIB 系统一起 使用时， 激光烧蚀的过程会通过对材料进行照射将材料从表面上清除掉。非常快速的皮秒 激光器执行无热烧蚀过程， 而较缓慢的纳秒和连续波激光器 （ “CW 激光” ） 提供热烧蚀过程。 0005 通常， 使用脉冲激光器执行激光烧蚀。与带电粒子束加工相比， 激光烧蚀能够非 常快速地清除掉相对大量的材料。然而， 激光的波长比带电粒子束中的带电粒子的波长大 得多。因为束可以。
17、聚焦成的尺寸部分受限于束波长， 所以激光束的最小光点尺寸通常大于 带电粒子束的最小光点尺寸。因此， 虽然带电粒子束通常具有比激光束更精细的分辨率并 且可以为极小的结构进行微机械加工， 但束电流受到限制并且微机械加工操作会慢得不可 接受。另一方面， 激光微机械加工通常快得多， 但分辨率固有地受到更长的束波长的限制。 例如， 在 Straw 等人的美国专利 8,168,961“用于激光烧蚀微机械加工的带电粒子束掩模 （Charged Particle Beam Masking for Laser Ablation Micromachining） ” 中描述了激光 机械加工的其他用途， 该专利被转让。
18、给与本发明的受让人并且通过引用结合于此。美国专 利 8,168,961 通过其包含在此背景部分而不被承认是现有技术。 说 明 书 CN 103817434 A 5 2/12 页 6 0006 近来的进步允许激光器用于工件的仔细制备， 从而使得其可以用于 SEM/STEM/TEM 和FIB系统。 SEM/STEM/TEM和FIB工具需要制备好的带有薄热影响区 （ “HAZ” ） 区域的样品， 并且系统会在大样品内瞄准一个极其精确的位置， 如亚微米级缺陷。通常不知道如何使用 激光技术来切削大块样品而同时能够生产出适用于 SEM/STEM/TEM 和 FIB 加工的薄 HAZ 和 / 或微米级端点确。
19、定。 0007 当不同类型的激光器是优选的时， 具有一些实例。一些激光器对从工件上清除大 块材料而言是最好的。例如， 这些激光器可以切削封装材料或从工件上切削掉大的不必要 的材料， 从而使得工件的尺寸适用于分析。 其还可以用于在工件中切削深沟槽， 从而使得可 以暴露出用于研究的区域。用于切削的激光器功率范围通常从几瓦特到几百瓦特。常见的 有范围从纳秒到宽达连续波的脉冲宽度。 经常使用更长的波长 （例如， 常见的可见的并且接 近 IR 波长） ， 如 532 nm、 1064 nm 以及长达 10.6 微米 （例如， CO2激光器） 。这些激光器向工 件提供高激光能量密度 （脉冲能量被辐射区域分。
20、开） ， 超过了生产包括孔和沟槽的各种不同 特征的烧蚀阈值。 这些快速切削过程中所用的高功率易于产生在执行精细的SEM/STEM/TEM 和 FIB 过程 （如成像或电路编排） 前必须清除掉的热影响区。高材料清除速率还会产生与 FIB 和 SEM/STEM/TEM 的真空环境不相容的碎片。 0008 不同类型的激光器更适合用于精密作业， 如微机械加工、 钻孔、 布线、 挖沟、 蚀刻以 及热影响区清除过程。 常见的用于这种类型作业的激光器使用比用于清除大块材料的激光 器更短的波长、 更短的脉冲宽度以及更加紧密的聚焦光点。虽然可以使用长达微米级的波 长的激光器， 但因为许多材料容易吸收这些波长并且。
21、其可以聚焦成小光点尺寸， 所以如 355 nm 和 266 nm 的短波长激光器是优选的。如几十皮秒和短达飞秒状况的短脉冲宽度激光器 也是优选的， 因为其为小热影响区提供材料清除。用于这些应用的典型激光器将具有大约 几瓦特或以下的功率级。 0009 存在许多由不同材料组成的样品， 在用 SEM/STEM/TEM 和 / 或 FIB 成像或改变前 通过激光器令人希望地加工这些样品。这些样品的一些示例包括半导体器件 （如芯片或晶 片） 、 包括含有半导体材料的 3D 堆叠封装的封装芯片、 电线、 以及粘合剂、 光刻掩模、 生物样 品、 矿物样品 （如岩石） 、 或材料样品 （如合成物、 陶瓷、 玻。
22、璃、 涂层、 胶水、 橡胶、 聚合物、 ） 、 超 导体、 磁性材料、 合金以及金属。这是代表可以加工的工件材料的多样性的若干样品的清 单。还可以加工许多其他没有列出的样品材料。 0010 激光器经常被选择用于不同材料的结构的有利加工。例如， 10.6 微米波长的 CO2 激光器可以优选用于切穿3D堆叠封装的封装材料， 脉冲1.3微米波长的激光器可以优选用 于切削封装内的半导体芯片上的金属结构， 以及短波长脉冲激光器可以优选用于加工芯片 上的硅结构。因为硅对约 1100 nm 或以上的光是透明的并且金属吸收 IR 波长， 所以可以在 对硅造成较小破坏的情况下进行加工。 0011 一个挑战在于当。
23、需要不同的激光束时带有单个激光器的系统不能执行所有希望 的功能。换言之， 不存在在不必分别购买和使用配置有不同激光器类型的多个系统的情况 下执行与不同类型激光器相关联的多项任务的已知方式。在这些情况下， 工件将从一种系 统转运至另一种激光处理系统来经历一种激光处理并且然后经过另一种激光处理。 0012 另一个挑战在于来自机械加工过程的不受欢迎的碎片会沉积在 FIB 和 / 或 SEM/ STEM/TEM 室中的关键组件上， 如各源和检测器， 并且降低其功效。这种类型的碎片具有妨 说 明 书 CN 103817434 A 6 3/12 页 7 碍 FIB/SEM/STEM/TEM 显微术的功能的。
24、可能性。常规电子显微镜还通常需要在真空下使样 品成像， 因为气态大气使电子束迅速扩散和衰减。 其结果是， 在激光机械加工过程中逐出的 碎片会破坏真空环境并且阻碍成像。在其他情况下， 机械加工过程后的不必要的碎片会如 此巨大以至于其阻止工件实际装到 SEM/STEM/TEM 的真空室内。 0013 需要一种系统， 其中， 多种类型的激光束光点可以在加工室内不产生大量烧蚀材 料的情况下结合 SEM/STEM/TEM 和 FIB 用于对工件进行加工。 0014 发明概述 在本发明的一个优选实施例中， 披露了一种使用从至少一个激光束源产生的两个聚焦 激光束光点的系统， 其中， 这些聚焦激光束光点同时或。
25、顺序地发挥作用， 从而使得可以准确 地对工件进行加工， 以便进行 SEM/STEM/TEM 和 FIB 成像。这些聚焦激光束光点具有不同的 特性， 从而使得可以有区别地对工件进行加工。 0015 优选实施例的系统可以具有一种涉及两个分离开的激光束源或一个激光束源的 配置， 这一个激光束源被分离成两个激光束。此系统具有对室而言的外部激光加工台和内 部激光加工台， 该室通常是真空室。外部激光加工台可以用第一激光束光点执行大块材料 的清除和深沟槽蚀刻。第二激光束光点与内部室台一起使用。第二激光束光点用于精密作 业， 如微机械加工、 钻孔、 布线、 蚀刻以及热影响区清除过程。 0016 本发明的目标是。
26、改进不同类型的激光束光点的使用， 从而使得系统可以从更精 细、 更高精密铣削或机械加工上分别执行大块材料的清除或深沟槽蚀刻， SEM/STEM/TEM/ FIB 成像工艺中经常需要这种铣削或机械加工。 0017 为了可以更好地理解以下本发明的详细说明， 上文已经相当广泛地概述了本发明 的特征和技术优点。下文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所 披露的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实施本发明的相同目的其他结 构的基础。 本领域的技术人员还应认识到这些同等构造不脱离如所附权利要求中所阐明的 本发明的精神和范围。 0018 附图简要说明 为了更加彻底地理解本发明和本。
27、发明的优点， 现在结合附图参考以下说明， 其中 ： 图 1A 示出了具有一个激光源的实施例， 该激光源被分成两个激光束并且与外部加工 台和具有聚焦离子束的内部室台一起使用 ； 图 1B 示出了具有一个激光源的另一个实施例， 该激光源被分成两个激光束并且与外 部加工台和具有聚焦离子束和 SEM/STEM/TEM 的内部室台一起使用 ； 图 1C 示出了具有一个激光源的另一个实施例， 该激光源被分成两个激光束并且与带 有运动平台的外部加工台和带有运动平台的内部室台一起使用 ； 图 2 示出了本发明的具有两个激光源的实施例， 这两个激光源与 SEM/STEM/TEM 和 / 或 FIB 一起独立地产。
28、生两个用于工件加工的激光束 ； 图 3 示出了本发明的实施例， 该实施例具有分离开的产生两个独立激光光点的激光 束 ； 图 4 示出了本发明的实施例， 该实施例具有分离开的用束调节器产生两个独立激光光 点的激光束 ； 图 5 示出了本发明的实施例， 该实施例具有一个在真空室外传递的激光光点和一个在 说 明 书 CN 103817434 A 7 4/12 页 8 真空室内传递的激光光点 ； 以及 图 6 示出了本发明的实施例， 该实施例具有一个在真空室外传递的激光光点和一个在 真空室内传递的激光光点， 其中披露了 SEM/STEM/TEM 和 FIB 两者。 0019 优选实施方案的详细描述 本。
29、发明的各实施例使用了不同的配置用于与 SEM/STEM/TEM 和 / 或 FIB 一起使用的激 光加工。 这些配置使用一个或多个激光源为内部真空室使用和外部真空室使用产生具有不 同加工特性的激光光点。无论这些配置利用一个激光源还是多个激光源， 产生和使用不同 类型的聚焦激光光点并且分别地和 / 或有区别地对工件进行加工。 0020 此处描述了许多光学组件选择， 可以由这些光学组件选择构造这些系统。此处描 述的实施例包括光学系统组件的可能安排， 使用激光源、 反射镜、 分束器、 束转向机构以及 束变更光学器件。 可以使用本领域内的普通技术容易地设计符合所附权利要求的范围的其 他安排。 0021。
30、 图1A示出了多激光束系统120的优选实施例， 该多激光束系统使用了一个激光源 和两个分离开的加工台。激光源或激光生成器 100 生成具有足够能量的激光束， 该激光束 将用于整个多激光束系统 120。激光源 100 可以是超快脉冲激光器， 如在 Mourou 等人的美 国专利号 5,656,186 中所描述的飞秒激光器。尽管激光没有粒子束精确， 但这种激光器可 以比典型的聚焦离子束可以达到的速度快得多地从工件上清除材料。 工件旨在用于进一步 的加工， 所以系统 120 可以使用更低成本的对大体积材料加工有效的激光源， 如连续波激 光器或 CO2激光器。这些低成本激光源中的很多提供足够的功率， 。
31、从而使得将激光束分开 和传递到多个工件上的多个聚焦光点。 以下描述了适用于大块材料加工的激光源的更广泛 的清单。 0022 激光源 100 产生在分束器 108 处被分开的原始激光束 107。分束器 108 能够将束 分成两个独立的带有不同能量的激光束。可以使用不同的分束器。分束器可以是大型光学 器件 （如偏振分束器） 或部分反射的反射镜。用于对束进行切换或转向的光学组件还可以通 过允许脉冲沿不同路径传播至作业表面用作分束器。 可以爆发式地传递或交互式沿不同束 路径传递脉冲。可以被配置和驱动成用于执行分束的光学组件包括 AOM、 EOM、 鲍克尔盒、 以 及可切换的 LCD 偏振器。可替代地，。
32、 光纤耦合器可以在光纤实现方式中用作分束器。 0023 分束器 108 沿第一激光束路径 130 引导束， 通过第一扫描反射镜 102、 束转向机构 以及第一物镜 109 作用在第一激光束路径上。分束器 108 允许两个分离开的激光束， 从而 使得如果需要分离开的激光束对工件进行加工， 则不需要两个分离开的激光源。该系统允 许同时加工两个分离开的工件 ： 在外部台 105 上加工的工件 104 和第二平台工件 116， 在内 部室 112 （其通常是真空室） 中加工该第二台工件。第一扫描反射镜 102 和第一物镜 109 能 够产生第一激光束 103。 0024 第一激光束103在外部台105。
33、处产生第一激光光点150， 该外部台用于大块材料的 清除和切削深沟槽以在工件 104 上暴露出相关区域。工件 104 可以包含对成像过程不必要 的封装材料。第一激光束 103 能够在外部台 105 上切掉不必要的封装材料。例如， 用于集 成电路的 3D IC 封装经常包含几毫米厚的部分。来自第一激光束 103 的激光光点 150 可以 用于在可以在内部室 112 内进一步对工件进行加工 104 前在外部台 105 处将封装切成两半 或者沿沟槽长度切削出一条沟槽。如果在内部室 112 中执行这些大块操作 （其会涉及到清 说 明 书 CN 103817434 A 8 5/12 页 9 除多达几十或。
34、几百立方毫米的材料） ， 则其会通过腐化真空环境或使碎片沉积在敏感组件 上来阻碍 SEM/STEM/TEM/FIB 过程。 0025 在精细内部激光加工前， 许多应用非常适合室 112 外部的大块激光加工。在矿物 加工和能源勘探领域， 在内部室 112 内的更精细、 更精确的加工之前， 可以使用第一激光束 103 对不同矿物样品进行加工以暴露出内部部分。外部激光台 105 还可以清除掉工件 104 的一部分， 除非该工件将不能装到内部室 112 内。例如， 外部激光台 105 可以用于切削大半 导体晶片的一部分。 0026 束转向机构通常属于转动生成器种类。机械转子包括可以用压电致动器、 电磁。
35、致 动器、 电伸缩致动器或其他致动器致动的转向反射镜。 电流计、 倾斜光楔和微机械加工反射 镜阵列也属于机械束偏转器的类别。其他可以使光束转向的光学元件包括 AOM 和 EOM。 0027 一旦在内部室 112 中， 成为第二平台工件 116 的转移后的工件将经过附加的更高 精密的加工。可以手动地或自动地执行工件 104 从外部台 105 到内部室 112 的转移。可以 同时或顺序地对外部台 105 和内部台 113 两者处的工件进行加工。 0028 涡轮分子泵 （未示出） 同样用于排空内部室 112 并且在其中保持高真空。真空系统 在内部室 112 内提供通常在大约 1 10-7托和 5 1。
36、0-4之间的真空。电子和离子源被涡 轮泵排空并且然后用离子泵保持在如 1 10-10至 1 10-7托的较低压力下。 0029 高压电源 （未示出） 连接到 FIB 110 上并且能够形成大约 1 keV 到 60 keV 的离子 束。该系统可以可替代地包括 SEM/STEM/TEM。FIB 和 / 或 SEM/STEM/TEM 将包括对应的偏 转器和透镜， 尽管静电也是可能的， 但其通常是磁性的。 磁性透镜和偏转器具有驱动电磁线 圈产生磁偏转场的控制器和放大器。 静电透镜和偏转器具有驱动带电板产生电偏转场的控 制器和放大器。 0030 一旦激光束 107 被分束器 108 分开， 该束的一部。
37、分沿着可以包括束调节台 101 的 第二激光束路径 131 行进。激光束的调节是为了为内部室 112 中所需要的更精细精密作业 制备激光束。调节台 101 能够改变激光束特性， 如功率。调节台 101 还可以改变激光束的 幅值、 能量、 偏振、 时间脉冲形状、 空间轮廓、 波长或其他特性。调节台 101 是可选的并且在 一些应用中可以是不必要的。在一些实施例中，“激光源” 被认为是激光生成器 100 和调节 器 101 的组合， 其共同产生出用于对样品进行加工的激光束。 0031 各种束调节光学器件可以包括在束调节台 101 内。类似的和 / 或不同的元件可以 用于调节不同的束路径。这些光学元。
38、件可以包括偏振器、 偏振修改器、 法拉第隔离器、 空间 束轮廓修改器、 时间束轮廓修改器、 移频器、 倍频光学器件、 衰减器、 分束器、 放大器、 选模光 学元件、 扩束器、 透镜以及中继透镜。可以按相等或不同功率比将激光束 107 分开成多个束 的分束器 108 也可以被认为是调节光学器件。光学元件还可以包括可以由额外光路距离、 折叠光路组成的延迟线和光纤延迟线。 0032 2011 年 4 月 12 日发布的 Bruland 等人的美国专利号 7,923,306 讨论了激光器的 长度描述、 安排、 配置和束修改元件以及关于使用一个或两个激光器将多个光点传递至一 个单个工件的讨论， 并且其通。
39、过引用结合于此。 0033 第二激光束 115 可以独立地沿第二束路径 131 行进并且可以通过第二扫描反射 镜 111、 第二物镜 114 作用在其上并且产生其自己的聚焦激光光点 151。带有相关联束光点 151 的第二激光束 115 在对内部室 112 中的第二平台工件 116 进行加工中与 FIB 110 一起 说 明 书 CN 103817434 A 9 6/12 页 10 作业。 0034 继在外部台 105 中清除大块材料后， 第二激光束 115 和其相关联的束光点 151 可 以用于更精细的机械加工操作。能够进行更精细、 更精密机械加工的激光器可以包括固 态激光器， 如二极管泵浦。
40、调 q 固态激光器， 包括含有掺稀土激射物 （如 Nd:YVO.4、 Nd:YLF 和 Nd:YAG） 和电子振动激射物 （如变石、 Cr:LiSAF 和 Cr:LiCAF） 的激光器。以下讨论了能够进 行更精细的机械加工的激光源的更广泛的清单。在 SEM/STEM/TEM 和 FIB 操作前， 第二激光 束 115 和其相关联的激光光点 151 还可以用于清除热影响区或者用于切下工件 116 的微型 部分。此过程有时被称为 切下和观察 （slice and view） ， 并且可以对其重复多次以测量 样品内部的 3D 测量或对内部特征进行定位和成像。 0035 第二激光束 115 和其相关联。
41、的激光光点 151 与聚焦离子束柱 110 一起作业， 该聚 焦离子束柱能够生成十分之一微米的子束， 以便执行对放置在台 113 上的工件 116 的精密 加工。来自聚焦离子束柱 110 的离子束 117 的材料清除速率相对较低。技术人员将理解到 清除速率和束光点尺寸随着束电流变化。 清除速率还随着被清除的材料和与束一起使用的 （如果有） 蚀刻增强气体的种类而变化。 0036 来自工件 104 的大块材料在外部台 105 处的清除减少了在内部台 113 处的后续工 件116的加工过程中生成的材料量值， 从而减少了对内部室112内的真空和组件的污染。 总 体上， 在被转移到内部室112之前将废弃。
42、在外部台105处生成的碎片， 从而使得碎片将不具 有干扰 SEM/STEM/TEM 和 FIB 过程中涉及到的真空和组件的可能性。由于每个台的分离， 通 过保持大块碎片远离光学器件将延长 SEM/STEM/TEM 和 FIB 的系统使用期限。 0037 图 1B 示出了系统 140 的本发明的另一个实施例。系统 140 包括图 1B 中的系统 120 的所有特征和组件并且进一步包括电子显微镜 141。本发明实施例不受限于一个 FIB 源。 激光器系统140可以具有一个FIB、 多个FIB或一个或多个带有一个或多个电子显微镜 的 FIB。 0038 虽然液态金属离子源 （LMIS） 是最常见的传。
43、递镓离子的 FIB 源， 但可以使用其他较 少的传统 FIB 源， 如氖源或氦源。这些系统中所用的电子显微镜将常见的是 SEM， 然而其他 类型的电子显微镜， 如 TEM 和 STEM。本文件内描述的系统的原理和优点适用于多种类型电 子显微镜和 / 或 FIB 中任何一种。 0039 图1C示出了系统140的本发明的另一个实施例。 系统140包括图1B中的系统120 的所有特征和组件并且进一步包括可以重新定位工件的机械定位平台。外部台 105 和内部 台 113 可以由在其上放工件的平台组成。其可以进一步包含被设计成用于准确地固定样品 以便加工的夹子或支持器。 这些台可以另外包括用于在加工前或。
44、加工过程中调整工件位置 的运动系统。运动平台 160 是外部台 105 的一部分并且运动平台 161 是内部台 113 的一部 分。 在此上下文中， 位置可以指线性位置或角位置， 包括但不限于横向定位、 竖直定位、 倾斜 或转动。这种定位可以结合束转向机构 （如扫描反射镜 102） 作业以引导激光对工件上的正 确位置进行加工。 实际上， 可以完全用工件的机械重新定位、 完全用束转向机构或者用机械 工件定位和束转向协同作业的协调努力来执行激光光点位置在工件上的瞄准或重新定位。 0040 本文件内描述的系统的原理和优点适用于包含电子显微镜和 FIB 两者的广泛种 类带电粒子束仪器的任何一员。虽然液。
45、态金属离子源 （LMIS） 是最常见的传递镓离子的 FIB 源， 但可以使用其他较少的传统 FIB 源， 如等离子体聚焦离子束 （PFIB） 或替代性离子， 如氖 说 明 书 CN 103817434 A 10 7/12 页 11 或氦。在这些系统中所用的电子显微镜将常见的是扫描电子显微镜 （SEM） ， 然而， 还可以实 现其他类型的电子显微镜， 如 TEM（透射电子显微镜） 和 STEM（扫描透射电子显微镜） 。 0041 图 2 示出了另一个优选实施例， 该实施例示出了一种具有双激光器系统 200 的配 置， 该双激光器系统使用两个独立的激光源生成两个独立的激光束和对应的激光束光点。 本。
46、系统包括聚焦离子束柱 208 并且可以可替代地包括 SEM（未示出） 。不同类型的激光器 提供不同机械加工的益处， 并且本配置提供两个分离开的激光器的使用 ： 第一激光源 203 和第二激光源 204。第一激光源 203 和第二激光源 204 中的每个激光源和其对应的聚焦光 点 250 和 251 可以具有影响清除样品材料的能力的独立特征。激光光点对样品材料进行烧 蚀、 机械加工、 清除或改变的能力被定义为其强度， 可以通过任何光学特征区分该强度， 如 功率、 幅值、 能量、 脉冲宽度、 脉冲时间形状、 光点尺寸、 部分脉冲分布、 注量、 偏振以及波长。 0042 不同激光器和不同激光脉冲特性。
47、在多束激光加工中的使用可以有利地改进样品 材料的加工。可以在多束激光加工系统中使用或组合许多不同类型的激光源。取决于涉及 到的样品材料和所希望的加工结果， 一些激光源可能更适用于大块材料的清除而其他的可 能更适用于样品细加工。 0043 激光源可以包括固态激光器， 如二极管泵浦调 q 固态激光器， 包括含有掺稀土激 射物 （如 Nd:YVO4、 Nd:YLF 和 Nd:YAG） 和电子振动激射物 （如变石、 Cr:LiSAF 和 Cr:LiCAF） 的 激光器。 0044 激光源可以进一步包括二极管泵浦锁模固态激光器， 如能够产生脉冲皮秒激光输 出的 SESAM 锁模 Nd:YVO4激光器。锁。
48、模固态激光器可以包括振荡器再生放大器和振荡器功 率放大器配置。出于生成脉冲飞秒激光输出的目的， 激光源还可以包括用于生成飞秒 （fs） 激光输出的啁啾脉冲放大激光器系统或者可以包括其他本领域众所周知的脉冲展宽和压 缩光学器件。 0045 激光源可以进一步包括脉冲掺稀土实芯纤维激光器和脉冲掺稀土光子晶体纤维 激光器。脉冲掺稀土纤维激光器可以包括调 q 和振荡器 - 放大器配置。进一步地， 可以使 用多种多样的振荡器， 包括宽面积半导体激光器、 单频半导体激光器、 发光二极管、 调 q 固 态激光器以及光纤激光器。 0046 附加激光源可以进一步包括半导体激光器、 气体激光器 （包括 CO2和氩离。
49、子激光 器） 以及准分子激光器。 0047 从约 150 nm 到 11,000 nm 许多各种不同的波长可以由激光源产生并且可以包括 在多束激光加工系统内。取决于所使用的激光源， 可以在本次写入时生成范围从 10 fs 到 大于1s的脉冲宽度和范围从连续波到大于100 MHz的PRF。 取决于所使用的激光源， 每脉 冲或输出功率的能量、 脉冲宽度、 偏振和 / 或波长可以是可调的或可选择的。 0048 上述激光器的基波波长输出还可以通过众所周知的非线性谐波转换过程被转换 成谐波波长。这可以在激光源本身 （如第一和第二激光源 203 和 204） 内部或在如 101 调节 台的内部完成。 0049 双激光器系统包括在其内包含用于工件 213 的内部加工台 202 的真空室 201。第 一激光源 203 产生传向扫描反射镜 205 并穿过物镜 210 的激光束 209， 该激光束在该物镜 中聚焦以产生第一激光束光点 250。第二激光源 204 产生传向扫描反射镜 206 并穿过物镜 212 的激光束 211， 该激光束在该物镜中聚焦以产生第二激光束光点 251。FI。