CN104508791B - 环境扫描电子显微镜气体喷射系统 - Google Patents

环境扫描电子显微镜气体喷射系统 Download PDF

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Abstract

一种气体喷射系统提供了样品表面处的局部区域，其具有足够的气体浓度来由次级电子电离以中和样品表面上的电荷。在一些实施例中，气体集中结构将气体集中在表面附近。气体集中结构中的可选的孔允许带电粒子束冲击护罩区域的内部。在一些实施例中，表面附近的阳极增大返回至工件表面用于电荷中和的离子的数量，阳极在一些实施例中为气体喷射系统的一部分，而在一些实施例中为单独的结构。

Description

环境扫描电子显微镜气体喷射系统
技术领域
本发明涉及带电粒子束系统，并且具体涉及允许工件在气体环境中处理的带电粒子束系统。
背景技术
在扫描电子显微镜("SEM")中，初级电子束在待研究的样品的区域上扫描。电子与样品的冲击中释放的能量引起样品中的其它带电粒子的放出。这些次级粒子的数量和能量提供关于样品的性质、结构和成分的信息。用语"样品"传统地用于指出在带电粒子束系统中处理或观察的任何工件，并且如本文使用的用语包括任何工件，并且不限于用作较大群体的代表的样品。如本文使用的用语"次级电子"包括反向散射的初级电子，以及源于样品的电子。为了检测次级电子，SEM通常设有一个或更多个次级电子检测器。
在常规SEM中，样品保持在高真空中，以防止初级电子束由气体分子散射，并且容许次级电子的收集。然而，当射束撞击样品的非传导区域时，样品趋于累积电荷，这可使初级射束偏转，并且影响到达检测器的次级电子的数量。累积的电荷的极性取决于初级射束中和工件材料上的粒子的类型和能量。尽管初级射束中的电子带负电，但各个撞击初级电子可喷射超过一个次级电子，使样品带正电。已经提出了若干技术来减少样品电荷，包括将传导层沉积到样品上，如授予Gerlach等人的美国专利第6,683,320号"Through-the-lensneutralization for charged particle beam system"中所述的，将低能电子朝样品引导，以及将光朝半导体样品引导以引起光导电性来排放电子。
另一个解决方案在于将样品保持在相对高压力下，并且例如在授予Mancuso等人的标题为"Secondary Electron Detector for Use in a Gaseous Atmosphere"的美国专利第4,785,182号中描述。此类装置作为高压扫描电子显微镜(HPSEM)或环境扫描电子显微镜而公知。实例为来自FEI公司的Quanta 600 ESEM®高压SEM。次级电子朝阳极加速，并且沿该路线电离气体粒子，其中电离的气体粒子被吸引回带电样品，远离阳极，并且中和电荷。
在HPSEM中，待研究的样品置于具有典型地在0.1Torr(0.13mbar)到50Torr(65mbar)之间的压力的气体气氛中，并且更典型地在1Torr(1.3mbar)到30Torr(40mbar)之间，而在常规SEM中，样品位于大致较低压的真空中，典型地小于10-5Torr(1.3x10-5mbar)。除电荷中和之外，HPSEM提供了形成湿样品(如，生物样品，以及在常规SEM中的高真空状态下将难以成像的其它样品)的电子光学图像的可能性。HPSEM提供了将样品保持在其自然状态中的可能性；样品并不经历干燥、冷冻或真空涂覆的不利要求，其一般在使用常规SEM的研究中为必要的，并且可改变样品。
在HPSEM中，次级电子典型地使用称为"气体电离级联放大"或"气体级联放大"的过程来检测，其中次级带电粒子由电场加速，并且与成像气体中的气体分子碰撞，以产生附加的带电粒子，该附加的带电粒子继而与其它气体分子碰撞来产生又一些附加的带电粒子。该级联继续，直到极大地增长的数量的带电粒子检测为检测器阳极处的电流。在一些实施例中，来自样品表面的各个次级电子例如生成超过20、超过100或超过1,000的附加电子，这取决于气体压力和电极构造。气体级联放大检测器典型地不提供与使用闪烁器和光电倍增器的组合的常规高真空检测器(如，Everhart - Thornley检测器)一样高的分辨率或一样大的放大。
HPSEM通过使用压力限制孔口(PLA)来限制高气体压力至样品室的区域，以在聚焦柱中保持高真空。气体分子散射初级电子束，并且因此压力限制孔口定位成最小化初级电子束在高压区域中行进的距离，以便减小初级射束的散射，同时提供样品与检测器之间的足够的行进距离用于次级电子信号的充分的气体级联放大。
美国专利第4,785,182号中描述的HPSEM包括真空封壳，其具有压力限制孔口、位于真空封壳内且能够发射电子的电子束源、位于真空封壳内且能够引导由电子源发射的电子束穿过压力限制孔口的一个或更多个聚焦透镜、位于真空封壳内且能够扫描电子束的射束偏转器，以及包括设置在高真空封壳外的样品平台且能够将包封在气体中的样品保持在期望压力下的样品室。
带电粒子束如电子束或离子束还可用于引起化学反应来蚀刻样品或将材料沉积到样品上。例如，授予Musil等人的美国专利第6,753,538号"Electron Beam Processing"中描述了此类过程。带电粒子束在存在基底的情况下与过程气体相互作用以产生化学反应的过程被称为"射束化学"。
转让给本申请的受让人的美国公告第2011/0031394号描述了允许HPSEM操作的环境单元的若干构造。用语"环境单元"用于表示包含样品并且提供围绕样品的环境的封壳，典型地是不同于环境单元位于其中的真空室中存在的环境。环境单元可通过加强样品环境的控制、减小HPSEM处理期间存在的气体杂质的浓度，以及减小HPSEM过程室的容积和内表面面积来解决以上问题中的一些。然而，环境单元的解决方案并未与高真空SEM完全相容。因此，所需的是提供高真空SEM内的ESEM环境的方法及系统。
其它环境单元在美国公告第2012/0112062号和美国专利第8,093,558号中描述。包括护罩型集中器的用于高真空SEM中的气体喷射系统例如在美国专利第5,851,413号中描述。
发明内容
本发明的目的在于提供高真空SEM系统中的样品附近的气体区域，以便于处理样品，而不必使整个室或单元充满气体。
根据本发明的优选实施例，提供了一种气体喷射系统(GIS)，其允许样品表面的一部分在气体环境中处理。在一个实施例中，GIS包括将气流引导至样品的感兴趣区域的针，以及用于集中由射束冲击的区域中的气体的结构。在一些实施例中，结构包括使电子束穿过的孔口。气体由样品表面电离提供了带电粒子，其吸引至样品以中和任何电荷累积。在一些实施例中，针或结构的一部分关于样品电性偏压成朝样品引导带正电的粒子，并且/或者用作次级和/或反向散射电子的检测器。当针从样品取出时，系统可作为常规高真空器具操作。由结构集中的气体可为前体气体，其在射束存在的情况下分解来蚀刻或沉积工件。
前文相当宽泛地略述了本发明的特征和技术优点，以便可更好地理解随后的本发明的详细描述。下文将描述本发明的附加特征和优点。本领域技术人员应当认识到的是，公开的构想和特定实施例可容易地用作修改或设计用于执行本发明的相同目的的其它结构的基础。本领域技术人员还应当认识的是，此类等同构造并未脱离如所附权利要求中阐明的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完全理解本发明及其优点，现在参照连同附图进行的以下描述，在该附图中：
图1示出了根据本发明的实施例的针和护罩。
图2示出了包括图1的针和护罩的带电粒子束系统。
图3示出了具有半球形针结构的本发明的另一个实施例。
图4示出了实施例，其中气体喷射针包围样品表面，而没有单独的护罩。
图5示出了另一个实施例，其中针提供附加的路径长度。
图6示出了实施例，其中气体喷射针构造成没有单独的护罩并且并未包围样品。
附图并不旨在按比例绘制。在附图中，各个附图中示出的各个相同或几乎相同的构件由相似的标记表示。出于清楚的目的，并非每个构件都可在每个附图中标记。
具体实施方式
本发明的一些实施例允许使用者处理绝缘样品而没有电荷累积在工件上。本发明的一些实施例通过将气体限定于样品表面处的小区域并且通过容易地移动成远离样品来允许常规高真空显微镜操作而与高真空扫描电子显微镜相容。本发明的一些实施例允许了使用次级电子的气体级联放大来对样品成像，并且允许湿样品在低真空环境中处理。本发明的一些实施例中和了样品上的电荷。一些实施例还提供了气体喷射系统，其可提供前体气体到射束冲击点附近的区域用于处理工件。一些实施例允许使用者使用例如闪烁器-光电倍增器检测器来在高真空模式中以高分辨率形成样品的图像，并且接着切换到较低分辨率气体级联放大成像。
在常规SEM中，冲击绝缘样品的电子束累积电荷，这产生了趋于将电子束从扫描点偏转的电势。通过提供射束冲击点上方的局部高压环境，正离子由于次级电子与气体原子的碰撞而形成在样品表面附近。这些正离子朝带电样品吸引回，或者可通过电场朝样品引导。在一些实施例中，用于将气体集中或容纳在射束冲击点附近的局部区域中的针或结构被电性偏压来用作阳极，该阳极驱动正离子来中和样品。
现有技术的高真空气体喷射系统典型地从样品上方沿样品表面的方向喷射气体。气体快速地分散在真空室中，并且因此这些系统需要相对高的气体恒流来在射束冲击点附近将气体保持在样品表面上。对于实际电荷中和或气体级联放大，此类系统并未供应足够的气体浓度。通过提供集中气体的结构，高浓度的离子可局部地产生来中和样品的电荷。在使用GIS针的现有技术的系统中，生成的离子典型地远离样品分散。集中气体的现有技术的系统，如，美国专利第5,851,413号，并未提供电荷中和或次级电子检测。
在气体输送部位附近提供偏压阳极增大了离子产量，并且允许了更好电荷控制。在一些实施例中，可需要较少气体，因为存在的气体更有效地电离，并且输送至样品的带电区域。尽管中性气体分子并未吸引至样品的带电区段，但离子"看到"势差，并且转移至该区域。在高气体浓度附近产生更多离子将增大电荷中和的效力。在样品附近的阳极的使用吸引了低能电子，并且提供能量梯度以引起局部邻近地区中的气体分子的雪崩电离。此外，反向散射电子和初级射束电子还与气体相互作用，从气体分子放出低能电子。由阳极吸引，这些粒子通过雪崩或电子级联类型的反应而增大电子和离子生成两者。电性偏压阳极的存在增大了各个气体分子的电离的概率，因此提供了更多离子来参与样品中和。阳极允许收集低能电子，并且产生离子生成的指数式增长并且中和电荷(甚至对于分析电流中使用的较高电流)。在一些实施例中，偏压施加于护罩的全部或一部分。如本文使用的，用语"护罩"是指将气体集中在样品表面的区域处的任何结构，而不管形状。在一些实施例中，偏压施加于不是GIS系统的一部分的局部阳极。在一些实施例中，阳极与GIS分离，并且可例如定位在样品的侧部和上方。"局部"阳极为在射束朝其引导的样品的部分附近的一个。在一些实施例中，阳极与样品表面的部分之间的距离小于10cm、小于5cm、小于2cm或小于1cm。在一些实施例中，阳极与样品表面之间的距离小于物镜端部与样品表面之间的距离的2/3，小于1/2或小于1/4。
在一些实施例中，气体在局部以小于现有技术的体积输送。电性偏压优选供应至阳极，其定形为朝感兴趣区域引导离子。
本发明的一些实施例使用一种结构来将气体集中在射束冲击点附近。在一些实施例中，气体喷射针自身定形和定位成集中气体。在一些实施例中，气体集中或容纳结构如护罩附接于针和通过针支承以集中气体。与GIS针组合的结构提供和容纳气体来提供ESEM成像和/或高真空SEM内的处理条件。结构允许气体保持在局部环境中，而不破坏高真空SEM。本发明的实施例向使用者提供了如下能力：在高真空模式中以高分辨率成像，并且简单地通过插入ESEM GIS来在ESEM环境中操作用于电荷控制或处理。
针或其它结构可包括使电子束穿过的孔口。气体集中的局部化方面允许在射束冲击点处的类似ESEM的环境的生成，而不必使整个室或单元充满高压气体。在一个实施例中，具有用于针的末端的"同轴针"类型几何形状的GIS针将气流局部地引导至感兴趣区域来集中气流，并且改进电荷中和和信号收集。针优选由机构支承在真空室壁上，该机构使针与真空室壁电绝缘，以使针或附接于针的结构可带电。针接着不但用作气源，而且用作用于使正离子回到样品的驱动力并且用作ESEM检测器。针可由修改的GIS安装件支承，该GIS安装件收纳气体处理硬件和ESEM检测器的连接器。
在现有技术的ESEM单元中，整个样品定位在单元内，并且整个工件表面暴露于单元中的气体。在本发明的一些实施例中，气体集中结构定位在工件表面的一部分上方，以使结构附近或下方的工件的仅一部分("护罩区域")暴露于高浓度气体。在一些实施例中，护罩的底部定位成接近工件表面或与工件表面接触，以使在护罩的底部与工件之间的气体传导为小的，从而提供了护罩区域与远离护罩的工件真空室之间的至少十倍的压差。如果孔提供用于电子束，则孔也足够小，以限制气体传导并且保持上文所述的压差。
在一些实施例中，工件定位在工件真空室中的工件台上，并且气体集中或护罩区域的面积小于样品台的面积的1/2。更优选地，气体集中或护罩区域的直径小于台的区域的1/4或小于1/10。气体集中或护罩区域优选小于3mm2，更优选小于2mm2，或甚至更优选小于1mm2。
在一些实施例中，ESEM GIS还用作用于次级电子或生成用于电荷中和的附加离子的检测器。气体集中结构或针的全部或一部分可带电以用作阳极来吸引和检测次级电子。通过集中局部地在样品与阳极或检测器电极之间的气体，改进的检测是可能的。一旦初级电子束冲击样品，则放出的次级电子朝阳极移动，并且在它们的路径中与气体分子碰撞。这些碰撞导致放出新的电子，通常称为子电子，其也沿阳极的方向移动。这些新放出的电子继而又将与其它气体分子碰撞，使得次级电子信号的气体放大发生。用语次级电子用于包括子电子和反射的初级射束电子。
次级电子行进至阳极的距离越大，则碰撞次数越大并且放大量越大。一些实施例并入了磁场，该磁场引起来自样品的次级电子在它们至护罩的路上遵循螺旋路径。以该方式，由次级电子横穿的距离增大，以使碰撞概率和放大系数增大。用于聚焦初级射束的透镜可提供磁场。如授予Scholtz的美国专利第6.972,412号中所述，电场、磁场和孔口可构造成使用磁性彭宁效应、磁控管效应或两者来增大放大，以使次级电子和子电子经历轴向振荡、径向振荡或两者，以增大路径长度且增大碰撞次数和气体放大。因此，本发明提供了具有改进的检测器件的ESEM环境的优点，以及中和非传导样品同时保持高真空SEM的高分辨率的能力。
图1示出了GIS100，其包括针102，用于将气体提供到气体集中结构内的护罩区域104(在该情况下，为护罩106)中。护罩106允许气体在电子束108的冲击点附近集中在护罩区域中，而不使整个样品110和周围的真空室112暴露于高浓度的气体。护罩106中的孔口114允许电子束108冲击样品110。孔口114足够大以使电子束在整个扫描角范围内穿过，同时足够小以限制气体从护罩区域104传导至SEM的真空室112的其余部分。限定孔口的护罩的部分优选足够厚以经得起离子束的侵蚀。作为优选，护罩106放置成离样品足够近，使得护罩的底部与样品之间的气体传导为小的。在一些实施例中，护罩可接触样品表面。使气体在护罩区域104内集中提供了次级电子与气体之间的充分的相互作用，以产生用于电荷中和的离子和用于成像的子电子，同时减小了真空室的其余部分中的气体压力。
由于从护罩区域到真空室的传导为低的，故保持护罩区域104中的相对高压力所需的气流为小的。为了将样品真空室中的压力保持在1x10-5到1x10-7mbar之间，护罩中的压力优选小于1x10-4mbar，更优选小于1x10-3mbar，并且最优选小于1x10-2mbar。在高真空SEM中的现有技术的GIS中，样品室中的典型气体压力在GIS操作时在1x10-5mbar到1x10-6mbar之间。针102优选连接于样品室外的气源。针可有选择地连接于多个气源以将不同气体提供至护罩内的区域。对于电荷中和和成像，优选的气体包括水、一氧化二氮、氨和氧。气体优选容易电离，并且通过碰撞级联提供良好的信号放大。为了沉积或蚀刻，适合的前体气体可取决于工件材料和期望的处理来选择。
护罩106优选经由导体132连接于电压源134。电压源134允许护罩偏压至期望的电压，使得护罩用作阳极。在偏压时，护罩用作阳极，并且驱动由电子与气体原子之间的碰撞引起的正离子朝样品表面向下，从而中和样品电荷。在一些实施例中，整个护罩为传导性的并且被偏压。在其它实施例中，仅护罩的一部分被偏压。护罩典型地偏压至10V到10,000V之间，这取决于使用的气体和样品成分。技术人员可通过观察样品上的电荷来容易地确定适当的偏压。在某些实施例中，护罩106还用作次级电子的检测器。当护罩偏压成用作阳极时，护罩106与样品110之间的电势差加速了次级电子从样品110朝护罩发射。次级离子与气体分子碰撞，其继而电离成释放附加电子，这加速和电离了更多气体分子，从而经由碰撞级联放大了次级电子信号。护罩106通过导体132连接于成像控制器142，导致了次级电子信号的检测。因此，申请人发现了组合气体喷射和ESEM检测的新颖系统。
图2示出了定位在带电粒子束系统200中的图1的GIS100，其包括包含带电粒子束源204的带电粒子束柱202、偏转器208和包括极件212的物镜210，所有都在光轴214上对准。样品室222包括样品运动台224，其具有关于光轴的至少第一平移或旋转轴线和第二平移或旋转轴线。
图3示出了另一个实施例，其中针自身提供了容纳样品上方的气体。针302连接于由与外壳318同心的内壳316构成的中空半球形结构314。气体306在贯穿针302中流动，并且接着遍及半球形结构314流动，以将气体通过小穿孔320输送至样品。半球形结构314偏压成允许样品的电荷中和。
图4示出了GIS400的另一个实施例，其中不具有单独的护罩的气体喷射针402构造成在样品110的表面处提供高浓度的气体。电子束108穿过针402中的孔口404，针402与样品110接触或紧邻。气体406通过导管412进入针。针402包围射束108引导至其的样品表面的护罩区域414。针的形状提供了气体集中，限制了气体从气体放大区域416传导以支持气体电离和电荷中和。在该实施例中，针402的端部为锥形，优选以使针的端部平行于样品表面，以减少气体从针402的内部中的气体放大区域416传导至真空室112(图2)。在一些实施例中，针402可接触样品110的表面，以提供传导路径来使电荷远离电子束的冲击点排放，同时气体中和冲击点和紧接地围绕冲击点的区域处的电荷。定位在气体放大区域416的端部处的阳极420通过针402的内部区域吸引次级电子，提供了用于气体放大的相对长的路径长度。阳极420被电性地偏压，而针402不是，以便沿管向上将次级电子吸成收集在420上。针420可由电绝缘材料构成，或者如果其为传导性的，则其与阳极420电绝缘。气体放大区域416具有足够的长度，例如，2mm，以提供足够的气体级联来充分地放大次级电子信号。针402可与阳极420电绝缘。
图5示出了具有类似于图4的针402的针506但具有减小的气体容积的气体GIS502的另一个实施例，因为针506的端部不是平行于样品表面的锥形。气体504通过导管510进入针506，针506提供长的气体放大区域508，用于样品110与阳极512之间的气体级联放大，阳极512电性地偏压成沿管向上吸次级电子。
在如图6中所示的另一个实施例中，气体喷射针602构造成没有单独的护罩，并且并未包围样品。针具有大约60微米的开口604，并且针的底部磨成与针的纵轴线成15度的角。平面可在针的顶部中磨出，以提供关于针的底部处的角的基准角，以使操作者可分辨针端部的底部何时平行于工件表面。开口604在射束冲击点附近与样品表面的邻近提供了高局部浓度的气体。图6的实施例需要大于前述实施例的气流，因为气体并未被容纳，并且恒定地消散。
尽管以上实施例描述了使用本发明来用于非传导性工件上的电荷中和，但本发明的实施例可在任何应用中使用，其中期望样品处存在气体，如，用于查看湿样品，如，生物材料，或用于引起沉积或蚀刻。
本发明具有多个创造性方面和宽泛的适用性，并且可提供如以上实例中描述和示出的许多益处。实施例将取决于特定应用极大地改变，并且并非每个实施例都将提供所有益处，并且满足能够由本发明实现的所有目的。如附于其的或如审查期间修改的权利要求中的一些可覆盖所述本发明的小于所有实施例。
尽管已经详细描述了本发明及其优点，但应当理解的是，可对本文所述的实施例做出各种变化、替换和改变，而不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。例如，尽管以上实施例描述了使用电子束，但其它实施例可使用电子束或离子束。尽管以上实施例使用了在中空护罩支承件内的气体导管，但气体导管可在护罩支承件外。类似地，用于偏压护罩和/或用于检测放大次级粒子流的电触点可穿过护罩支承件自身，或穿过单独的导体。
本发明的一些实施例包括用于将气体提供在真空室中的工件表面处的设备，包括：
用于将气体集中在工件的护罩区域处的气体集中结构，气体集中结构具有用于使射束传递至工件的孔口，护罩区域小于整个工件，孔口足够小以限制气体传导穿过孔口；
用于支承气体集中结构的气体集中结构支承部件，气体集中结构支承部件能够移动，以将气体集中结构定位成将气体集中在工件上的感兴趣区域附近；
用于将气体提供至气体集中结构内的空间的气体导管；以及
用于提供电性偏压以引起集中气体的电离的阳极。
在一些实施例中，阳极包括气体集中结构的一部分或全部。
在一些实施例中，阳极包括与气体集中结构分开的电极。
在一些实施例中，导管包括气体集中结构内的中空部。
在一些实施例中，气体集中结构支承部件包括气体集中结构支承部件驱动机构，其提供了沿纵轴线的运动来在未使用时从工件取回护罩。
一些实施例包括用于检测电子撞击在护罩上的电路，电子包括检测器信号。
在一些实施例中，气体集中结构的形状包括圆锥的一部分、球的一部分或圆柱的至少一部分。
在一些实施例中，气体集中结构的至少一部分为中空的，并且与气体导管连通用于将气体从导管朝工件传导。
本发明的一些实施例包括带电粒子束系统，其包括：
带电粒子源；
工件真空室；
用于将带电粒子从带电粒子源聚焦到工件真空室中的工件上的聚焦透镜。
一些实施例包括用于将气体提供在真空室中的样品表面处的根据以上段落中的任一段的设备。
在一些实施例中，带电粒子束系统包括电子源。
在一些实施例中，护罩适于定位在工件的表面上方，以提供护罩与工件的表面之间的有限气流区域，以保持护罩内的较高压力。
在一些实施例中，带电粒子束系统包括具有台直径的样品台，护罩的一部分适于最接近具有对应于工件的护罩区域的直径的护罩直径的工件，护罩直径小于台直径的一半。
本发明的一些实施例包括操作带电粒子束系统来在样品真空室中处理工件的方法，包括：
在小于整个表面的工件表面的一部分处提供高于样品真空室中别处的气体浓度的气体浓度；
将带电粒子束朝工件引导，带电粒子束穿过气体集中部；
将由带电粒子束的冲击生成的次级电子朝阳极吸引，次级电子引起集中气体中的电离级联电流；以及
检测阳极处的电离级联电流以形成图像。
在一些实施例中，该方法包括：在小于整个表面的工件表面的一部分处提供高于样品真空室中别处的气体浓度的气体浓度包括提供护罩来集中气体，护罩具有使带电粒子束穿过的孔口。
在一些实施例中，该方法还包括使用来自电离的电离气体或电子来中和工件的非传导部分上的电荷。
在一些实施例中，该方法还包括将护罩定位在工件的一部分上方，使得护罩与工件之间的气流足够小以保持护罩内部与远离工件的工件真空室之间的10倍的压差。
在一些实施例中，护罩接触工件。
在一些实施例中，护罩定位成在工件上方小于0.5mm，以限制气体从护罩区域内部传导至工件真空室的其余部分。
本发明的一些实施例包括用于将集中气体提供在真空室中的工件表面处的设备，包括：
用于将集中气体提供在工件表面的一部分处的气体集中器，该部分在真空室中小于整个表面；
用于将气体提供至气体集中器的气体导管；以及
用于提供关于样品表面的电性偏压的阳极，阳极加速电子来提供集中气体内的气体级联放大。
在一些实施例中，阳极包括气体集中器的一部分。
在一些实施例中，阳极包括与气体集中器分开的电极。
在一些实施例中，气体集中器包括具有使初级射束穿过的孔口的护罩。
在一些实施例中，气体集中器不包括护罩。
此外，本申请的范围并不旨在限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质成分、手段、方法和步骤的特定实施例。如本领域技术人员将容易从本发明的公开认识到的，执行与本文所述的对应实施例大致相同的功能或实现大致相同的结果的当前存在或随后开发的过程、机器、制造、物质成分、手段、方法或步骤可根据本发明来使用。因此，所附权利要求旨在将此类过程、机器、制造、物质成分、手段、方法或步骤包括在它们的范围内。

Claims (24)

1.一种用于将气体提供在真空室中的工件表面处的设备，包括：
用于将气体集中在所述工件的护罩区域处的气体集中结构，所述气体集中结构具有用于使射束穿过至所述工件的孔口，所述护罩区域小于整个工件，所述孔口足够小以限制所述气体传导穿过所述孔口；
用于支承所述气体集中结构的气体集中结构支承部件，所述气体集中结构支承部件能够移动，以将所述气体集中结构定位成将所述气体集中在所述工件上的感兴趣区域附近；
用于将所述气体提供至所述气体集中结构内的空间的气体导管；
其中，所述气体集中结构包括阳极，所述阳极构造成：
引起集中气体的电离；
朝所述工件表面驱动由所述电离生成的正离子；以及
检测由所述电离放大的次级电子信号；以及
所述阳极定形为朝所述感兴趣区域引导所述正离子。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述阳极包括所述气体集中结构的全部。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述导管包括所述气体集中结构内的中空部。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述气体集中结构支承部件包括气体集中结构支承部件驱动机构，其提供沿纵轴线的运动来在未使用时从所述工件取回所述气体集中结构。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，还包括用于检测电子撞击所述阳极的电路，所述电子包括检测器信号。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述气体集中结构的形状包括圆锥的一部分、球的一部分，或圆柱的至少一部分。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述气体集中结构的至少一部分为中空的，并且与所述气体导管连通用于将气体从所述导管朝所述工件传导。
8.一种带电粒子束系统，包括：
带电粒子源；
工件真空室；
用于将来自所述带电粒子源的所述带电粒子聚焦到所述工件真空室中的工件上的聚焦透镜；以及
根据以上权利要求中的任一项所述的设备，用于将气体提供在所述工件真空室中的样品表面处。
9.根据权利要求8所述的带电粒子束系统，其特征在于，所述带电粒子源包括电子源。
10.根据权利要求8或9所述的带电粒子束系统，其特征在于，所述护罩适于定位在所述工件的表面上方，以提供所述护罩与所述工件的表面之间的有限气流区域，以保持所述护罩内的较高压力。
11.根据权利要求8或9所述的带电粒子束系统，其特征在于，还包括具有台直径的样品台，适于最接近所述工件的所述护罩的一部分具有对应于所述工件的护罩区域的直径的护罩直径，所述护罩直径小于所述台直径的一半。
12.根据权利要求8或9所述的带电粒子束系统，其特征在于，所述气体集中结构包括用于使聚焦带电粒子的射束穿过的孔口。
13.根据权利要求8或9所述的带电粒子束系统，其特征在于，所述气体集中结构定位成不阻挡聚焦带电粒子的射束。
14.一种用于将集中气体提供在真空室中的工件表面处的设备，包括：
包括阳极并且构造成用于在真空室中将集中气体提供在工件表面的部分处的气体集中器，所述部分小于整个工件表面；
用于将所述气体提供至所述气体集中器的气体导管；以及
其中，所述阳极构造成：
引起所述集中气体的电离；
朝所述工件表面驱动由所述电离生成的正离子；以及
检测由所述电离放大的次级电子信号；以及
其中，所述阳极定形为朝所述工件表面的部分引导所述正离子。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述气体集中器包括具有使带电粒子束穿过其的孔口的护罩。
16.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述气体集中器不包括护罩。
17.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述气体集中器包括气体喷射针。
18.一种操作带电粒子束系统来处理样品真空室中的工件的方法，包括：
在所述工件表面的一部分和气体集中结构之间形成在真空室内的区域，所述气体集中结构具有高于样品真空室中别处的第二气体浓度的第一气体浓度，所述工件的部分小于所述工件的整个表面并且所述气体集中结构包括阳极；
将带电粒子束朝所述工件引导，所述带电粒子束穿过所述第一气体浓度；
将电压施加于阳极使得所述阳极吸引由所述带电粒子束的冲击生成的次级电子，所述次级电子引起第一集中气体中的电离级联；以及
以来自所述电离级联的正离子中和所述工件的一部分上的电荷；以及
使用所述阳极检测由所述电离级联放大的电流以形成图像。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述气体集中结构包括护罩，所述护罩具有使所述带电粒子束穿过的孔口。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，以来自所述电离级联的正离子中和所述工件的一部分上的电荷包括使用电离的气体来中和所述工件的非传导部分上的电荷。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述护罩定位在所述工件的所述部分上方，使得所述护罩与所述工件之间的气流足够小以保持所述护罩的内部与远离所述工件的所述样品真空室之间的至少10倍的压差。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述护罩接触所述工件。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述护罩定位成在所述工件上方小于0.5mm，以限制气体从护罩区域内传导至所述样品真空室的其余部分。
24.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述气体集中结构包括气体喷射针。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9799490B2 (en) * 2015-03-31 2017-10-24 Fei Company Charged particle beam processing using process gas and cooled surface
US9633816B2 (en) * 2015-05-18 2017-04-25 Fei Company Electron beam microscope with improved imaging gas and method of use
DE102017201706A1 (de) * 2017-02-02 2018-08-02 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Abbildungseinrichtung zur Abbildung eines Objekts und zur Abbildung einer Baueinheit in einem Teilchenstrahlgerät
WO2019000021A1 (en) * 2017-06-26 2019-01-03 Gerasimos Daniel Danilatos MEANS FOR SAMPLE MANAGEMENT FOR PARTICLE BEAM MICROSCOPY
US20220305584A1 (en) * 2021-03-24 2022-09-29 Fei Company In-situ laser redeposition reduction by a controlled gas flow and a system for reducing contamination
DE102022208597A1 (de) 2022-08-18 2024-02-29 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Vorrichtung zum Abbilden und Bearbeiten einer Probe mit einem fokussierten Teilchenstrahl

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5500528A (en) * 1994-03-24 1996-03-19 Nikon Corporation Scanning electron microscope
EP1577927A2 (en) * 2004-03-16 2005-09-21 FEI Company Charged particle beam system
US7435973B2 (en) * 2002-02-25 2008-10-14 Carl Zeiss Nts Gmbh Material processing system and method
CN101685075A (zh) * 2008-09-24 2010-03-31 以色列商·应用材料以色列公司 电子显微镜中的可变速率扫描
EP2372743A2 (en) * 2002-09-18 2011-10-05 FEI Company Charged particle beam system with an ion generator

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4785182A (en) 1987-05-21 1988-11-15 Electroscan Corporation Secondary electron detector for use in a gaseous atmosphere
US5149974A (en) * 1990-10-29 1992-09-22 International Business Machines Corporation Gas delivery for ion beam deposition and etching
JP3038901B2 (ja) * 1990-11-26 2000-05-08 株式会社ニコン 環境制御型走査電子顕微鏡
JP3310136B2 (ja) * 1994-09-17 2002-07-29 株式会社東芝 荷電ビーム装置
US5828064A (en) 1995-08-11 1998-10-27 Philips Electronics North America Corporation Field emission environmental scanning electron microscope
US5851413A (en) 1996-06-19 1998-12-22 Micrion Corporation Gas delivery systems for particle beam processing
GB9623768D0 (en) * 1996-11-15 1997-01-08 Leo Electron Microscopy Limite Scanning electron microscope
EP0969493A1 (en) * 1998-07-03 2000-01-05 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Apparatus and method for examining specimen with a charged particle beam
EP1047104A1 (en) * 1999-04-19 2000-10-25 Advantest Corporation Apparatus for particle beam induced modification of a specimen
US6683320B2 (en) 2000-05-18 2004-01-27 Fei Company Through-the-lens neutralization for charged particle beam system
CZ302126B6 (cs) 2000-07-07 2010-11-03 Leo Elektronenmikroskopie Gmbh Detektor pro prístroje vyzarující korpuskulární zárení, prístroj vyzarující korpuskulární zárení a zpusob detekování existence produktu vzájemného pusobení v tomto prístroji
DE10032607B4 (de) * 2000-07-07 2004-08-12 Leo Elektronenmikroskopie Gmbh Teilchenstrahlgerät mit einer im Ultrahochvakuum zu betreibenden Teilchenquelle und kaskadenförmige Pumpanordnung für ein solches Teilchenstrahlgerät
US6838380B2 (en) * 2001-01-26 2005-01-04 Fei Company Fabrication of high resistivity structures using focused ion beams
JP2004537758A (ja) 2001-07-27 2004-12-16 エフ・イ−・アイ・カンパニー 電子ビーム処理
EP1367630B1 (en) 2002-05-31 2011-09-14 Carl Zeiss SMT Limited Improvements in or relating to particle detectors
CZ20022105A3 (cs) 2002-06-17 2004-02-18 Tescan, S. R. O. Detektor sekundárních elektronů, zejména v rastrovacím elektronovém mikroskopu
PL207199B1 (pl) 2003-04-17 2010-11-30 Politechnika Wroclawska Układ detekcyjny elektronów wtórnych do skaningowego mikroskopu elektronowego
GB2411763B (en) 2004-03-05 2009-02-18 Thermo Electron Corp Flood gun for charge neutralization
US7205237B2 (en) * 2005-07-05 2007-04-17 International Business Machines Corporation Apparatus and method for selected site backside unlayering of si, GaAs, GaxAlyAszof SOI technologies for scanning probe microscopy and atomic force probing characterization
US7893397B2 (en) * 2005-11-07 2011-02-22 Fibics Incorporated Apparatus and method for surface modification using charged particle beams
WO2007117397A2 (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Fei Company Improved detector for charged particle beam instrument
US8921811B2 (en) 2007-02-06 2014-12-30 Fei Company High pressure charged particle beam system
US8303833B2 (en) * 2007-06-21 2012-11-06 Fei Company High resolution plasma etch
EP2105944A1 (en) 2008-03-28 2009-09-30 FEI Company Environmental cell for a particle-optical apparatus
US7791020B2 (en) 2008-03-31 2010-09-07 Fei Company Multistage gas cascade amplifier
JP5179253B2 (ja) 2008-05-16 2013-04-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電極ユニット、及び荷電粒子線装置
US8013300B2 (en) 2008-06-20 2011-09-06 Carl Zeiss Nts, Llc Sample decontamination
DE102008040426B4 (de) 2008-07-15 2015-12-24 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Verfahren zur Untersuchung einer Oberfläche eines Objekts
US8299432B2 (en) 2008-11-04 2012-10-30 Fei Company Scanning transmission electron microscope using gas amplification
JP2011034695A (ja) * 2009-07-30 2011-02-17 Hitachi High-Technologies Corp 走査電子顕微鏡
US8524139B2 (en) * 2009-08-10 2013-09-03 FEI Compay Gas-assisted laser ablation
JP5564403B2 (ja) * 2010-11-01 2014-07-30 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置
US9679741B2 (en) * 2010-11-09 2017-06-13 Fei Company Environmental cell for charged particle beam system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5500528A (en) * 1994-03-24 1996-03-19 Nikon Corporation Scanning electron microscope
US7435973B2 (en) * 2002-02-25 2008-10-14 Carl Zeiss Nts Gmbh Material processing system and method
EP2372743A2 (en) * 2002-09-18 2011-10-05 FEI Company Charged particle beam system with an ion generator
EP1577927A2 (en) * 2004-03-16 2005-09-21 FEI Company Charged particle beam system
CN101685075A (zh) * 2008-09-24 2010-03-31 以色列商·应用材料以色列公司 电子显微镜中的可变速率扫描

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Publication number Publication date
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EP2880675A4 (en) 2016-03-30
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JP2015524987A (ja) 2015-08-27
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US9070533B2 (en) 2015-06-30
JP6224710B2 (ja) 2017-11-01

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