用于感应耦合等离子体离子源的等离子体点燃器

摘要

本发明涉及用于感应耦合等离子体离子源的等离子体点燃器。公开了一种聚焦离子束(FIB)系统，该系统包括：感应耦合等离子体离子源；包含等离子体的绝缘等离子体室；传导源偏置电极，与等离子体接触并偏置到高压以控制样品和多个孔处的离子束能量。等离子体室内的等离子体用作包括一个或多个透镜的离子镜筒的虚拟源，所述透镜把聚焦离子束形成在待被成像和/或FIB处理的样品的表面上。等离子体由装配在镜筒附近或在镜筒处的等离子体点燃器启动，所述等离子体点燃器在源偏置电极上诱导高压振荡脉冲。通过在镜筒附近装配等离子体点燃器，连接源偏置电极到偏置电源的电缆的电容性影响被最小化。通过合适的孔材料选择，使孔的离子束溅射最小化。

说明书

技术领域

本发明涉及在离子束镜筒(column)中使用的感应耦合等离子体源的等离 子体点燃器(igniter)。

背景技术

当使用聚焦镜筒来形成带电粒子亦即离子或电子的聚焦束时，感应耦合等 离子体(ICP)源具有胜过其它类型的等离子体源的优点。该感应耦合等离子体源， 诸如在转让给本发明的受让人的美国专利号7241361中描述的感应耦合等离子 体源，能够提供在窄能量范围内的带电粒子，所述窄能量范围允许这些粒子被 聚焦成小光斑。ICP源包括典型地卷绕陶瓷等离子体室的射频(RF)天线。该 RF天线提供能量来维持该室内的等离子体。用于离子束工艺的离子的能量典型 地在5keV和50keV之间，并且最典型地约为30keV。该电子能量在用于扫描 电子显微镜系统的约1keV到5keV至用于透射电子显微镜系统的数十万电子伏 特之间变化。带电粒子系统中的样品典型地维持在地电位，而该源根据用于形 成该束的粒子而维持在或正或负的大电位。为了操作人员的安全，必须电隔离 高压元件。

通过注入用来驱动ICP源的线圈的标准功率级的RF功率通常不可能在ICP 源中点燃等离子体。这是因为，在该源室中不存在任何初始电离的情况下，诱 导的(induced)电场通常没有高到足以分解气体原子或分子来产生足够的初始 自由电荷。要产生这个初始电离，典型地要求高压脉冲。在现有技术中，已通 过使泰斯拉(Tesla)线圈接触到其自身与等离子体室直接电接触的电极，启动 用于在ICP离子源中点燃等离子体的高压脉冲。由泰斯拉线圈诱导的高压脉冲 然后启动等离子体，该等离子体随后通过来自ICP电源的RF功率维持。这个等 离子体点燃方法必然要求在系统上的某个外部电极和等离子体要被点燃所在的 真空系统的内部之间存在直接电接触。然而，当该等离子体被偏置到高压以用 作带电粒子束系统中的源时，这样的直接电接触将呈现严重的安全问题，因为 外部连接将浮动高达处于高压的等离子体电位。因而，提供这种到在ICP离子 源中的等离子体的直接外部电接触一般是不可能的，所述等离子体被偏置到高 压以用作离子束系统中的源。该高压等离子体的这种电隔离因而产生在ICP源 中点燃用于生成带电粒子束的等离子体的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于在离子束系统中点燃等离子体的方法，其中 该离子源被偏置到高dc电压。这个发明特别地适合用于感应耦合等离子体源。 点燃器优选地通过等离子源中的源偏置电极来提供点燃能量，并且该点燃器优 选地位于等离子体源附近以最小化点燃器和镜筒之间的电缆电容的影响。在优 选的实施例中，该等离子体点燃器的输出是重复的振荡电压脉冲，其通过电极 被高效地耦合到等离子体室中，其中一旦等离子体被点燃，所述电极将与等离 子体接触。在某些实施例中，该等离子体点燃器容纳在高压安全外壳中并且被 相同的电源偏置，所述电源控制由ICP等离子体源发射的离子的能量。

前面所述相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优点以便可以更好地理解 随后的对本发明的详细描述。将在下文中描述本发明的附加特征和优点。本领 域的技术人员应当意识到，所揭示的概念和具体实施例可以被容易地用作用于 修改或设计其它用于实现本发明的相同目的的结构的基础。本领域的技术人员 还应当认识到这种等同构造没有脱离如在附加的权利要求中所阐明的发明的精 神和范围。

附图说明

为了更详尽地理解本发明及其优点，现在参考结合附图进行的下面描述， 其中：

图1示出了用于使用在带电粒子束系统的外部上的两个可选位置中的泰斯 拉线圈来点燃等离子体的现有技术方法。

图2A图解了源室和源偏置电极的有效电容。

图2B是图2A中图解的有效电容的电路图。

图3是现有技术等离子体点燃电路的简化电示意图。

图4是如本发明中的带电粒子镜筒附近的等离子体点燃器的简化电示意 图。

图5是采用本发明的直列式(in-line)等离子体点燃器的带电粒子束系统的 图示。

图6示出了由本发明用于在ICP源中点燃等离子体的脉冲电压波形。

图7是用于根据本发明的等离子体点燃器的第一示例性电路。

图8是用于根据本发明的等离子体点燃器的第二示例性电路。

图9是包含本发明的等离子体点燃器的聚焦离子束(FIB)镜筒的示意图。

具体实施方式

为了生成这种初始电离，典型地要求高压脉冲。这个脉冲必须电容性地耦 合到源室中，在源室中气体被激励以生成等离子体。这要求存在某种把电压脉 冲从真空系统外部直接连接到源室中的装置。在其中等离子体被偏置到千伏dc 电压以用作离子束源的系统中，在现有技术中安全地提供这种到等离子体的外 部接触是困难的或者是不可能的。

本发明的实施例提供一种用于带电粒子束系统的感应耦合等离子体源的点 燃器。这个等离子体点燃器优选地位于该感应耦合等离子体(ICP)源附近以最 小化在该点燃器和该镜筒之间的电缆电容的影响。该等离子体点燃器的输出是 高压脉冲，其通过电极被高效地耦合到等离子体室中，其中一旦等离子体被点 燃，所述电极将与等离子体接触。等离子体传感器控制该等离子体点燃器，确 定何时点燃了等离子体以及然后停止等离子体点燃器运转。该等离子体点燃器 容纳在高压安全外壳中并且被相同的偏置电源偏置，所述偏置电源控制由ICP 等离子体源发射的离子的能量。

图1示出了用于点燃等离子体的现有技术方法，其包括促使泰斯拉线圈与 带电粒子束系统的外部上的两个可选位置接触。该源室102可以是由诸如陶瓷、 石英或Macor^TM可加工陶瓷的绝缘材料制造的绝缘真空外壳。对源室102中的 最佳等离子体容积(containment)的要求包括低介电损耗因数、高电阻率、真 空兼容性、高热导率以及与在等离子体生成中使用的各种原料气(feed gas)的 无反应性。

RF线圈104围绕源室102并通过电缆116和118连接到匹配箱120。来自 RF电源126的功率通过两个电缆122和124被耦合到匹配箱120中。一旦在源 室102内诱导即使少量的电离，电离级联可以进行从而在源室102中迅速地生 成大量的自由电子和离子。

在图1中，现有技术带电粒子ICP源100被示出。气体馈送线128通过调 节阀130连接到馈送线132，该馈送线132把待被电离的气体传导到毛细管134 中。该毛细管把原料气压力减小到源室102内部的水平，然后把原料气传导到 该源室102中。如果馈送线128、调节阀130和馈送线132形成从真空外部到源 室102内部中的连续电传导路径，则泰斯拉线圈140可以被暂时地连接(箭头 146)到线128以在源室102内点燃等离子体。为了安全，泰斯拉线圈的中心高 压线142由外部护罩(shield)144围绕。一旦等离子体点燃，泰斯拉线圈140 将然后从与馈送线128的接触处移开。

源偏置电极

为了将在ICP源100中生成的等离子体用作聚焦离子束(FIB)系统中的 离子源，当离子从等离子体中出现并进入FIB镜筒时，必须能够给离子施加加 速电压。在图1中示出的现有技术和在本发明两者中，源偏置电极110可以被 用来给离子施加该加速电压。在图1中，在ICP源的底部，源偏置电极110被 图解。源偏置电极的正确操作的关键要求是：在等离子体室中的等离子体和源 偏置电极的一个表面之间存在直接接触，换句话说，该源偏置电极必须形成等 离子体的外壳的一部分以便能够给从等离子体提取的离子施加电压。在本文引 用的示例中，该源偏置电极形成等离子体外壳的下部分，然而在本发明的范围 内，源偏置电极的其他位置在功能上是等同的。该源偏置电极110通过内部电 缆112被连接到通向偏置电源(未示出)的外部电缆114。在该源偏置电极110 下面，提取器电极108被安置作为离子提取光学器件的一部分。这个偏置电源 控制从ICP源发射的带电粒子相对于地电位的能量。如果样品处于地电位，则 这将然后确定样品处的最终束能量。

源的电属性的计算

图2A图解了源室202和源偏置电极208在感应耦合等离子体源200中的 有效电容。源室202的外部由分离的(split)法拉第(Faraday)护罩214围绕， 该护罩214通过电缆216接地并防止RF线圈104(见图1)上的电压电容性地 耦合至等离子体。这种耦合如果不被法拉第护罩214防止则将在等离子体电位 上诱导不希望的电压波动，这将诱导带电粒子镜筒中的色差，从而使样品处的 束模糊。电容218在法拉第护罩214和源室202的内部墙壁之间。电容220在 源室202的内部墙壁和源偏置电极208之间，该源偏置电极208通过电缆210 被连接到束加速电源(未示出)。电容228在电缆210和地之间。待被电离的原 料气通过孔口204被馈送到源室202中。从源室202中的等离子体提取的离子 束通过孔口212出现。电容222在源室下面，在那里没有等离子体生成。由于 RF功率而在电容222中流动的任何电流在生成等离子体方面是无效的，因而希 望的是通过设计ICP源来最小化电容222。一旦等离子体在源室202中被点燃， 电容220实质上被等离子体短路。

图2B是示出了来自图2A的电容如何组合以形成有效源电容250的电路 图。电容220和218串联在电缆210和地216之间。电容222和228与电容218 和220的串联组合并联地出现。因而该有效源电容250是：

C₂₅₀＝C₂₁₈C₂₂₀/(C₂₁₈+C₂₂₀)+C₂₂₂+C₂₂₈，

其中仅电容220对点燃等离子体具有任何影响，因为电容218、222和228 在等离子体区域外部。相同电流240流过电容218和220两者。流过有效源电 容250的总电流I₂₅₀则是：

I₂₅₀＝I₂₄₀+I₂₄₂+I₂₄₈。

因为仅电流I₂₄₀在触发等离子体方面是有效的，所以等离子体点燃器的效 率依赖于流过电容C₂₂₀的总电流I₂₅₀的分数F_Cument：

F_Cument＝I₂₄₀/I₂₅₀＝I₂₄₀/(I₂₄₀+I₂₄₂+I₂₄₈)。

跨过有效源电容的总电压V₂₅₀则是：

V₂₅₀＝V₂₁₈+V₂₂₀＝V₂₂₂＝V₂₂₈，

其中电压V₂₁₈跨过电容器C₂₁₈，电压V₂₂₀跨过电容器C₂₂₀，电压V₂₂₂跨过 电容器C₂₂₂以及电压V₂₂₈跨过电容器C₂₂₈。电容218和220充当电容性分压器：

V₂₁₈＝V₂₅₀(1/C₂₁₈)/(1/C₂₁₈+1/C₂₂₂)。

下一考虑是来自等离子体点燃器的功率P_Ignition，其在具有电容220的源区 域中点燃等离子体方面是有效的：

P_Ignition＝V₂₂₀I₂₄₀。

明显地，为了最大化等离子体点燃效率，我们要最大化这个功率P_Ignition， 作为等离子体点燃器的总功率P_Total的分数：

P_Total＝V₂₅₀I₂₅₀。

因而来自在等离子体要被点燃的电容220中出现的点燃器的等离子体点燃 器功率效率分数F_Power：

F_Power＝P_Ignition/P_Total＝V₂₂₀I₂₄₀/V₂₅₀I₂₅₀。

显然，然后为了最大化等离子体点燃器功率效率分数F_Power，我们要最大化 跨过电容器220的电压V₂₂₀和通过电容器220的电流I₂₄₀两者。为了最大化跨过 电容器220的电压，我们要最小化跨过与电容器220串联的电容器218的电压 V₂₁₈。为此，必须最大化电容218的值，因为电容218的阻抗随(1/C₂₁₈)变化。 这可以通过制造尽可能薄的等离子体室202的绝缘墙壁并且还通过最大化等离 子体室墙壁的介电常数来完成。

为了最大化通过电容器220的电流，必须最小化分别通过电容器222和228 的电流I₂₂₂和I₂₂₈。这可以通过最大化电容器222和228的阻抗来完成。因为电 容器222和228的阻抗分别与1/C₂₂₂和1/C₂₂₈成比例，所以必须最小化电容222 和228的值。对于电容222，电容最小化可以通过在等离子体区域下面(见图 2A)的源的下部分的合适设计来完成。减小面积和增加间距两者都将对减小C₂₂₂起作用。对于电容228，电容最小化可以通过在任何可能的地方使用明线而不是 屏蔽电缆(牢记安全考虑)并且通过使明线和邻近的接地表面之间的距离尽可 能大来完成。对有效源电容C₂₅₀的推导的这个分析因而带领我们到一种最大化 等离子体点燃器的功率效率F_Power的设计策略。

图3是现有技术等离子体点燃电路的简化电示意图300。等离子体点燃器 306示为远离采用ICP源的带电粒子束系统。电容302对应于源的内部电容：

C₃₀₂＝C₂₂₂+C₂₁₈C₂₂₀/(C₂₁₈+C₂₂₀)，

其中电容218、220和222来自图2。这个等式示出了电容222与电容218 和220的串联组合并联。电容222中的任何电流因而可以被视为从在图2的源 室202中点燃等离子体方面是有效的电容218和220中的电流取走。电容304 是图2中的源室202和等离子体点燃器306之间的电缆电容。电容304中的任 何电流从去往源的电容302中的电流汲取走：

I₃₀₂＝(dV1/dt)C₃₀₂/(C₃₀₂+C₃₀₄)，

其中V1表示用于耦合等离子体点燃器的输出到源室中的变压器的次级绕 组上的电压—见图7和8的代表性电路图解了这个变压器耦合。该现有技术电 路参考地308。

图3因而图解了采用位于离等离子体源一定距离的点燃器的现有技术等离 子体点燃方法的问题—潜在大量的预期等离子体点燃电流可能被电缆电容304 以及被源内的在等离子体区域外部的任何寄生电容(诸如图2中的电容222)虹 吸(siphon)走。等离子体点燃电压必须增加以补偿这些损耗，潜在地导致较高 的成本和差的等离子体点燃能力。对于25pf的源电容302和500pf的电缆电容， 在125kHz时10kV的等离子体点燃器的输出是必需的，表示4A跨过电缆电容 304。电容302和304因而跨过等离子体点燃器的输出并联出现，其中较大的电 缆电容304汲取比较小的源电容302成比例多的电流。因为电容302(25pf)与 总电容(525pf)的比率是(25pf)/(525pf)，所以仅大约5％的等离子体点燃 器306的输出电流在等离子体点燃方面是有效的。

图4是位于如本发明中的带电粒子镜筒附近的等离子体点燃器408的简化 电示意图400。再次，电容402对应于源的内部电容：

C₄₀₂＝C₂₂₂+C₂₁₈C₂₂₀/(C₂₁₈+C₂₂₀)，

其中电容218、220和222再次来自图2并且电容222与电容218和220 的串联组合并联。电容222中的任何电流因而可以被视为从在图2的源室202 中点燃等离子体方面是有效的电容218和220中的电流取走。在本发明中，等 离子体点燃器408位于或非常邻近采用ICP源的带电粒子束系统的真空外壳。 因而，连接到等离子体偏置电源的电缆的电容404现在与源电容402串联而不 是如图3中的现有技术中的并联地出现，因而通过等离子体点燃器408的输出 V1诱导的大多数压降将跨过源电容402而不是电缆电容404出现。

阻抗410对应于偏置电压源的内部电阻(“阻尼电阻”)。电容406是具有漏 电阻412的偏置电压源的输出电容。电容404是图2中的源室202和等离子体 点燃器306之间的电缆电容。V1表示用于耦合等离子体点燃器的输出到源室中 的变压器的次级绕组上的电压—见图7和8的代表性电路图解了这个变压器耦 合。该电路参考地420。

如图3中的那样，对于25pf的电容402和500pf的电容404，则变压器的 次级绕组的输出电压V1将被以电容的反比划分，因而超过95％的V1将跨过电 容402出现：

V₄₀₂＝V1C₄₀₂/(C₄₀₂+C₄₀₄)。

图5是采用本发明的直列式等离子体点燃器的带电粒子束系统500的图示。 真空外壳502包含带电粒子镜筒(未示出)。在外壳的顶部是等离子体传感器 552。用于检测等离子体存在的多种方法是可能的，例如包括：1)来自等离子体 的光，2)由于电离引起的阻抗的下降，3)RF匹配箱中的最佳调谐参数的变化， 以及4)源室中的温度。当等离子体被点燃时，电缆522上的dc偏置电压等于参 考地506的偏置电源504的输出。偏置电源504的输出508通过屏蔽电缆510 被连接到封闭在安全外罩516中的等离子体点燃器514的输入512。因而，等离 子体点燃器514可以被偏置到偏置电源504的高压输出而对系统操作者无安全 问题。等离子体点燃器514的输出518通过屏蔽电缆520被连接到内部电缆522， 该内部电缆522连接到源偏置电极(未示出—见图1中的电极110)。等离子体 点燃器514被优选永久性地物理连接到电缆522，即它不像泰斯拉线圈将会的那 样被暂时地接触和移动。虽然等离子体点燃器514被永久性地物理连接到源偏 置电极，但是它可以诸如通过开关或软件被电隔离。物理连接在正常使用期间 是“永久性的”，但是为了维修可以被断开。在等离子体点燃之后，来自电源504 的高压通过等离子体点燃器514连接到源偏置电极。任选地，在等离子体点燃 期间，来自电源504的高压输出可以被添加到来自等离子体点燃器514的脉冲 高压，其中组合的电压经过内部电缆522到源偏置电极(未示出)。

提取器电极(未示出)被电源540通过屏蔽外部电缆544连接和偏置到内 部电缆542。聚光器电极(未示出)被电源530通过屏蔽电缆534偏置到内部电 缆532。电源530和540两者参考电源504的高压输出。

来自等离子体传感器的输出通过信号线554被传导至逻辑电路256。基于 来自等离子体检测器552的信号，逻辑电路256通过控制线558控制等离子体 点燃器514。一般而言，逻辑电路将激活等离子体点燃器514直到等离子体已启 动或者逻辑电路断定存在使等离子体启动不可能的缺陷为止。

点燃器514优选为诸如在图7和8中示出的那些的模块的一部分。模块中 的耦合网络(图8)或高压变压器(图7)选择性地施加点燃电压、来自偏置电 源的偏置电压或两者同时。从点燃器到电极的电缆520的长度优选地小于100 cm，更优选地小于30cm，以及最优选地小于15cm。如上面在图2B中所讨论 的，电缆520越短，其电容越低并且为通过电缆输送足够的功率以点燃等离子 体而所需的功率越少。也如在图2B中所讨论的，可能优选的是，电缆520是明 线而不是屏蔽电缆以便进一步减小电容。电缆510的长度优选地小于1000cm， 更优选地小于500cm，以及最优选地小于300cm。

等离子体点燃器脉冲电压波形

图6示出了被本发明用来在ICP源中点燃等离子体的脉冲电压波形600。 振荡高压波形604具有在500到2μs(2到500kHz)范围中的典型周期612， 其中优选的周期在10到3.33μs(100到300kHz)范围中。振荡波形具有约100 Hz的重复频率608。为了用减小的总功率达到最大等离子体点燃电压，使用具 有在70到100μs范围中的全部振荡周期606的衰减610振荡波形。如由断线 620指示的，振荡周期606相对于重复周期608被夸大示出。在各振荡之间，等 离子体点燃器的输出是0V，602。振荡波形的典型初始峰峰值电压一般至少是1 kV，变化高达20kV。在图6中图解的衰减振荡脉冲的好处是初始电压被最大 化，而每个脉冲的总功率通过降低振荡的较后循环的电压而被最小化。

本发明的第一实施例

图7是根据本发明的等离子体点燃器的第一示例性电路。感应耦合离子源 702具有电容704，对应于图4中的电容402。在包含离子源702和具有真空馈 通(feedthrough)762的真空外壳768的外部，高压隔离变压器706被装配在离 子源702处或邻近离子源702。变压器706包括地参考的初级绕组710和隔离的 高压次级绕组708。初级绕组710具有第一连接点786和第二连接点788。次级 绕组708具有第一连接点782和第二连接点784。连接点782通过真空外壳768 中的真空馈通762而连接到离子源702。束能量由具有内部电阻720和输出电容 718的dc偏置电源722设置。隔离变压器706和dc偏置电源722之间的电缆 726具有电容716和通过电连接714参考地724的护罩712。电缆726被连接到 次级绕组708的连接点784。连接点782连接次级绕组708的输出到离子源702。 因为偏置电源722具有dc输出，所以由dc偏置电源722生成的dc偏置电压经 过次级绕组708，其中在连接点784和782之间仅有较小的电阻性压降。

两端口振荡器736通过电线740和738连接电源744，并且参考地742。振 荡器736的输出通过电线732和734被连接到高压隔离变压器706的初级绕组 710，所述电线732和734分别在连接点788和786处连接到初级绕组710。诸 如图6中图解的RF高压波形然后被从初级绕组710感应耦合到次级绕组708 中。次级绕组708上的感应RF电压对应于图4中的电压V1。次级绕组708上 的感应RF电压通过连接点782被耦合到离子源702。接地的安全外壳760如所 示的那样围绕两端口振荡器736和变压器760。基于从诸如图5中图解的逻辑电 路256的逻辑电路(未示出)在线764上接收的控制信号，两端口振荡器736 通过接通或关断电源744来控制。当电源744是开时，两端振荡器736将生成 如图6所示的连续脉冲波形。

本发明的第二实施例

图8是根据本发明的等离子体点燃器的第二示例性电路。感应耦合离子源 802具有电容804，对应于图4中的电容402。在包含离子源802和具有真空馈 通862的真空外壳868的外部，高压耦合网络806被装配在离子源802处或邻 近离子源802。耦合网络806包括高压扼流圈808和高压电容器810。高压扼流 圈808具有第一连接点884和第二连接点882。高压电容器810具有第一连接点 886和第二连接点882。连接点882通过真空外壳868中的真空馈通862而连接 到离子源802。束能量由具有内部电阻820和输出电容818的dc偏置电源822 设置。耦合网络806和dc偏置电源822之间的电缆826具有电容816和通过电 连接814参考地824的护罩812。电缆826被连接到高压扼流圈808的连接点 884。连接点882连接高压扼流圈808的输出到离子源802。因为偏置电源822 具有dc输出，所以由dc偏置电源822生成的dc偏置电压经过高压扼流圈808， 其中在连接点884和882之间仅有较小的电阻性压降。

两端口振荡器840通过电线842和844连接电源850，并且参考地846。振 荡器840的输出通过电线834和836被连接到变压器838的初级绕组832。如图 6中图解的高压脉冲然后被感应耦合到变压器838的次级绕组830。次级绕组830 上的感应RF电压通过连接点886被耦合。连接点886处的RF电压然后通过高 压电容器810被电容性地耦合到连接点882并且然后耦合到离子源802。次级绕 组830上的感应电压对应于图4中的电压V1。接地的安全外壳860如所示的那 样围绕两端口振荡器840、变压器838以及耦合网络806。基于从诸如图5中图 解的逻辑电路256的逻辑电路(未示出)在线864上接收的控制信号，两端口 振荡器840通过接通或关断电源850来控制。当电源850是开时，两端振荡器 840将生成如图6所示的连续脉冲波形。

采用本发明的等离子体点燃器的聚焦离子束系统

图9是包含具有电源925的等离子体点燃器950的本发明的聚焦离子束 (FIB)系统900的示意图。RF电源922向连接到围绕等离子体室954的天线 904的匹配箱920供给RF功率，在所述等离子体室954内生成等离子体。待被 电离的原料气通过馈送系统902被馈送到等离子体室954中。偏置电源930通 过等离子体点燃器950被连接到在聚焦离子束(FIB)镜筒中的源偏置电极906。 FIB镜筒中的提取器电极908被电源934偏置，参考偏置电源930的输出电压。 FIB镜筒中的聚光器电极910被电源932偏置，参考偏置电源930的输出电压。

由于在等离子体室954的下端由相对于源偏置电极906上的电压的提取器 电极908上的偏置电压诱导的高电场，从包含在等离子体室954中的等离子体 中提取离子。从等离子体室954中提取的离子通过源偏置电极906中的开口向 下出现，形成进入FIB镜筒的离子束。因而，在等离子体室954下端的等离子 体用作FIB镜筒的“虚拟源”。一般而言，沿FIB镜筒行进的大部分离子束撞击 镜筒中的一个或多个孔，例如孔906、956或914。由于撞击孔的离子束中的离 子的高质量和能量，孔的侵蚀是重大问题。因而，本发明包括具有低溅射速率 的许多孔组分。最希望用于孔的材料的示例包括可加工的碳基化合物、铍、钒、 钛、钪、硅和铌。还将包括这样的材料，其中这些元素或化合物的一个或多个 构成全部材料组分的主要成分。因为孔侵蚀的主要区域趋向于成为孔的钻孔， 其中束的入射角远离局部表面的法向(即束以“倾斜”角度撞击孔的钻孔)，所 以在非法向入射角时具有低溅射速率的孔材料有特定值。在图9的FIB镜筒中， 三个孔被示出：1)在源偏置电极906中的孔，2)束接受孔(BAA)956，以及 3)束限定孔(BDA)914。所有三个孔906、956和914都遭受通过本发明的孔 材料选择所解决的溅射侵蚀问题。束接受孔956的位置由束接受孔致动器936 控制。束限定孔914的位置和选择由束限定孔致动器938控制。示出的两个透 镜912和942在由真空外壳946内的样品台944支撑和移动的样品940的表面 上形成聚焦离子束960。

等离子体室954中的等离子体的存在或不存在由等离子体检测器920检测。 如图5中所讨论的，来自等离子体检测器920的信号被馈送给逻辑电路924。逻 辑电路924控制等离子体点燃器电源925，其进而如上面在图7和8中所讨论的 那样控制等离子体点燃器950。

在图7和8中图解的等离子体点燃器电路的细节仅用于示例性目的—在本 发明的范围内众多其他的等离子体点燃器电路是可能的。图6中图解的波形也 仅用于示例性目的—在本发明的范围内其他波形是可能的。

本发明的优选的方法或设备具有众多新颖的方面，并且因为该发明为了不 同的目的可以被包含在不同的方法或设备中，所以不是每个方面都需要出现在 每个实施例中。而且，描述的实施例的众多方面可以是单独地可取得专利的或 被授权专利。例如，用于孔的低溅射材料和用于等离子体室的介电材料的类型 可以是单独地可取得专利的。

尽管本发明及其优点已被详细地描述，但是应当理解可以对本文描述的实 施例作出各种变化、置换和变更而没有偏离由附加的权利要求所限定的发明的 精神和范围。而且，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的工艺、机器、制 造、物质的组分、装置、方法和步骤的特定实施例。如本领域的一名普通技术 人员将从本发明的公开中容易意识到的，可以根据本发明利用目前现有的或稍 后将发展的执行与本文描述的对应实施例基本相同的功能或达到基本相同的结 果的工艺、机器、制造、物质的组分、装置、方法或步骤。因此，附加的权利 要求旨在在它们的范围内包括这些工艺、机器、制造、物质组分、装置、方法 或步骤。