CN111383877B - 用于观察样本的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种样本观察设备和使用其的样本观察方法，设备包含：柱状部件，面向能够支撑样本的支撑件安置且具有面向支撑件的一个开口侧；带电粒子产生部件，安装在柱状部件内部；以及盖部件，耦合到柱状部件的开口且包括能够传输带电粒子和二次粒子的孔隙，其中在大气压下使用带电粒子观察样本时，可通过减少带电粒子和二次粒子的损失来提高样本图像的分辨率。

Description

用于观察样本的设备和方法
技术领域
本公开涉及一种用于观察样本的设备和方法，且更确切地说，涉及一种用于观察样本的能够减少粒子损失且由此提高样本图像的分辨率的设备和方法。
背景技术
扫描电子显微镜及聚焦离子束设备为用于标本的图像产生、组分分析等的设备。上文提到的设备(下文被称作观察装置)用于各种用于在显示装置、太阳能电池、半导体芯片等的制造领域中检查样本的过程。
当在大气压下观察样本时，将带电粒子注入到样本中且收集通过带电粒子从样本发射的二次电子，由此形成样本的图像。
下文专利文献1公开一种用于在大气压下观察样本的观察设备。
观察设备具备柱状部件，其内部被控制为空的。柱状部件具有安装于其中的电子束产生装置及半导体检测器，且具有氮化膜，所述氮化膜具有较小厚度且附接在所述柱状部件的下部部分上。
当在大气压下制备样本时，从电子束产生装置发射的电子束穿过氮化膜且入射到样本，且在电子束与样本碰撞之后，从样本发射的二次电子穿过氮化膜且由半导体检测器收集。
因此，电子束产生装置及半导体检测器在大气压下将电子束及样本的二次电子传递穿过氮化膜。此时，氮化膜充当电阻。亦即，穿过氮化膜的电子束及二次电子的一部分在通过氮化膜时散射且损失。
因此，在产生样本图像时存在难以产生具有高分辨率的高质量图像的限制。
在以下专利文献中公开本公开的背景技术。
(相关技术文献)
(专利文献)(专利文献1)KR10-2016-0134235 A
发明内容
本公开提供一种用于观察样本的设备和方法，其能够在于大气压下传递带电粒子及样本的二次粒子时减少粒子损失，且由此提高样本图像的分辨率。
根据示例性实施例，一种用于使用带电粒子在大气压下观察样本的样本观察设备，包含：柱状部件，其面向能够支撑样本的支撑件安置且具有面向所述支撑件的一个开口侧；带电粒子产生部件，其安装在所述柱状部件内部；以及盖部件，其耦合到柱状部件的开口且包括能够传输带电粒子及二次粒子的孔隙。
孔隙可形成于盖部件的中心部分中，具有几十微米或更小的大小，且包围带电粒子行进路径。
柱状部件可包含彼此连通的多个真空腔室，且带电粒子产生部件可安装到真空腔室中的任一个。
多个真空腔室可沿着带电粒子行进路径布置，且柱状部件中可包含至少一个分隔墙以便限定多个真空腔室。
分隔墙可沿着带电粒子行进路径彼此间隔开，在与带电粒子行进方向交叉的方向上延伸，且具有开放以便能够传输带电粒子的中心部分。
样本观察设备可包含多个真空泵，其被安装以便穿过柱状部件的多个位置且分别连接到多个真空腔室。
真空泵各自可包含涡轮泵，且在多个真空腔室中形成真空差。
样本观察设备可还包含屏蔽部件，其从柱状部件朝向支撑件延伸且配置成包围盖部件的外部。
样本观察设备可还包含帘幕部件，其配置成在盖部件与支撑件之间注入集尘(dust-collected)清洁气体。
根据另一示例性实施例，一种用于在大气压下观察样本的样本观察方法，包含：制备样本以使得所述样本面向具有形成于其中的真空的柱状部件；沿着带电粒子行进方向从柱状部件内部朝向样本发射带电粒子；以及穿过提供到耦合到柱状部件的开口的盖部件的孔隙传输带电粒子且允许带电粒子入射到样本。
样本观察方法可包含：在发射带电粒子之前，在于带电粒子行进方向上布置在柱状部件内部且彼此连通的多个空间中形成真空差；以及在允许带电粒子入射之后，在柱状部件内部穿过孔隙收集在带电粒子与样本碰撞之后从样本发射的的二次粒子。
真空差的形成可包含控制多个空间的真空以使得在多个空间当中，相对远离孔隙的空间具有比相对接近孔隙的空间更高的真空度。
样本观察方法可包含在发射带电粒子之前，在柱状部件与样本之间形成缓冲空间及在柱状部件与样本之间注入集尘清洁气体当中的至少任何一个过程。
带电粒子可包含离子束或电子束。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述可更详细地理解示例性实施例，在所述附图中：
图1为根据示例性实施例的样本观察设备的示意图。
图2为根据示例性实施例及比较例的样本观察设备的操作图。
图3为根据修改的示例性实施例的样本观察设备的示意图。
图4为根据示例性实施例的样本观察方法的流程图。
具体实施方式
下文，将参看附图详细描述本发明的实施例。然而，本发明可以用不同形式实施，并且不应被解释为限于本文中所阐述的实施例。实际上，提供这些实施例以使得本公开将是透彻且完整的，且这些实施例将把本发明概念的范围完整地传达给所属领域的技术人员。为描述示范性实施例，可放大附图，且在附图中，相同附图标号是指相同元件。
图1为根据示例性实施例的样本观察设备的示意图。图2为根据示例性实施例及比较例的样本观察设备的操作图。图3为根据修改的示例性实施例的样本观察设备的示意图。图4为根据示例性实施例的样本观察方法的流程图。
根据示例性实施例的用于观察样本的设备和方法在大气压下穿过孔隙使用样本传递电荷粒子及二次粒子，且因此可防止带电粒子及二次粒子的损失并产生高质量样本图像。根据示例性实施例的用于观察样本的设备和方法可称为用于观察样本的开放型或孔隙型设备和方法。
参考图1，将描述根据示例性实施例的样本观察设备。
根据示例性实施例的样本观察设备为用于在大气压下使用带电粒子观察样本的设备，且包含：柱状部件100，其面向能够支撑样本10的支撑件20安置且具有面向支撑件20的一个开口侧；带电粒子产生部件200，其安装在柱状部件100内部；以及盖部件300，其耦合到柱状部件100的开口160且具备能够传输带电粒子和二次粒子的孔隙H3。
另外，样本观察设备可包含检测部件500和检测部件600，其检测由穿过孔隙H3的带电粒子产生的电流和信号。检测部件包含第一检测部件500和第二检测部件600。此时，信号可包含X射线。X射线可从样本10发射，穿过孔隙H3，且收集到柱状部件100中。样本观察设备可包含：连接到第一检测部件500的信号处理器(未示出)；及连接到第二检测部件600的数据处理器(未示出)。
另外，样本观察装置可包含多个真空泵410、真空泵420以及真空泵430，其被安装以便穿过柱状部件100的多个位置且连接到提供到柱状部件100的多个相应真空腔室110、真空腔室120以及真空腔室130。
样本10可为在用于制造各种显示装置(包含LCD、OLED以及LED)、太阳能电池、半导体芯片等的工艺中用于制造各种电子元件的晶片或玻璃面板。
当然，样本10不限于上述样本，且可为在广义上包含各种有机或无机物体或其混合物的样本，所述物体或其混合物以固相、液相状态提供或以固相和液相在标准大气压下混合的状态提供而不管大小和形状。
带电粒子可包含离子束或电子束。当带电粒子入射到样本10时，可从样本10发射二次粒子和X射线。此时，二次粒子可包含二次离子、后散射电子以及二次电子中的至少一个。
支撑件20可多样化。支撑件20可为各种类型的平台。支撑件20可在大气压下支撑样本10。支撑件20可设置于预定台(未示出)上。
支撑件20可以对应于样本10的形状的板型形成。支撑件20可面向柱状部件100的开口160。在此，支撑件20可位于柱状部件100的开口160下方。支撑件20可能以能够支撑样本10的预定大小形成。
偏压电源供应器30可连接到支撑件20。偏压功率供应器30可通过支撑件20将偏压功率施加到样本10。从样本10发射的二次粒子通过因偏压功率产生的排斥力在从样本10朝向柱状部件100的方向上可具有定向性。
支撑件20可形成为可在多个方向上移动。举例而言，支撑件20可形成为可在x轴、y轴以及z轴方向当中的至少一个方向上移动。在此，z轴方向可为平行于竖直方向的方向。另外，x轴和y轴方向可为与z轴方向交叉的方向。同时，支撑件20可具有固定位置。
柱状部件100可安置为面向支撑件20。柱状部件100可与支撑件20向上间隔开预定高度。柱状部件100可在竖直方向上面向支撑件20。柱状部件100可具有形成于其中的真空空间。柱状部件100可具有面向支撑件20的开口侧。具体地说，柱状部件100可具有形成于其下部部分中的开口160。
柱状部件100可相对于支撑件20移动。更具体地说，柱状部件100可由设置于台上的多个轴构件(未示出)支撑。另外，多个轴构件可形成为能够在z轴方向上或在x方向、y方向以及z方向上移动柱状部件100。
柱状部件100可在竖直方向上延伸。柱状部件100可为一种能够将电子束产生部件200容纳于其中的真空容器。柱状部件100可包含不锈钢(SUS)材料。为了产生和加速电子束，柱状部件100的内部可被控制为预定真空度(例如1.0E-3托到1.0E-6托)。
柱状部件100可具备彼此连通的多个真空腔室110、真空腔室120以及真空腔室130。真空腔室的数目可多样化。在示例性实施例中，示例性地示出三个真空腔室。举例来说，多个真空腔室可包含第一真空腔室110、第二真空腔室120以及第三真空腔室130。真空腔室的数目越大，柱状部件110内部的真空度可越高地受控以便接近于1.0E-6托。
可沿着带电粒子行进路径布置多个真空腔室。带电粒子行进路径为形成于带电粒子产生部件200与样本10之间的延伸穿过柱状部件100的中心部分和孔隙H3的中心部分的路径，且带电粒子可沿着带电粒子行进路径向下发射。
可在从上到下的方向上布置第一真空腔室110、第二真空腔室120以及第三真空腔室130。带电粒子产生部件200可安装在多个真空腔室中的任一个上。
第一真空腔室110可包含圆柱形真空容器，其内部向下打开。第二真空腔室120可连接到第一真空腔室110的下部部分。第二真空腔室120可包含圆柱形真空容器，其内部向上和向下打开。第三真空腔室130可连接到第二真空腔室120的下部部分。第三真空腔室130可包含圆柱形真空容器，其内部向上和向下打开。此时，开口160可从第三真空腔室130的下部部分向下延伸。第一真空腔室110、第二真空腔室120、第三真空腔室130以及开口160可按这一次序竖直地布置且彼此连通。第一腔室110的真空度可能最高。另外，第一真空腔室110与第三真空腔室130越接近，则越接近孔隙H3，且因此真空度可降低。因此，在最远离孔隙H3的第一真空腔室110中。可安装带电粒子产生部件200。当然，带电粒子产生部件200的安装位置可多样化。
柱状部件100可具备至少一个分隔墙以便限定多个真空腔室。柱状部件100可具有数目比多个真空腔室的数目小一的分隔墙。举例来说，在示例性实施例中，分隔墙可包含第一分隔墙140和第二分隔墙150。柱状部件100内部的真空可通过这些分隔墙划分成三个部分。
分隔墙140和分隔墙150可在沿着带电粒子行进方向的竖直方向上彼此间隔开。分隔墙140和分隔墙150可在与带电粒子行进方向交叉的方向上(例如在水平方向上)延伸。此时，水平方向可包含左-右方向和前-后方向。
分隔墙140和分隔墙150的形状可根据柱状部件100的内部空间的形状改变。当柱状部件100具有圆柱形形状时，分隔墙140和分隔墙150可具有圆盘形状。当柱状部件100具有矩形形状时，分隔墙140和分隔墙150可具有矩形板形状。
第一分隔墙140可安放在第一真空腔室110与第二真空腔室120之间的边界上。第二分隔墙150可安放在第二真空腔室120与第三真空腔室130之间的边界上。第一分隔墙140和第二分隔墙150可具有中心部分开口，使得带电粒子可自其穿过。
第一开口H1设置于第一分隔墙140的中心部分中，且第二开口H2设置于第二分隔墙150的中心部分中。同时，第一开口H1可被称为第一内部孔隙，且第二开口H2可被称为第二内部孔隙。第一开口H1和第二开口H2的大小可等于孔隙H3的大小。替代地，第一开口H1和第二开口H2的大小可小于或大于孔隙H3的大小。第一开口H1和第二开口H2可具有彼此不同的大小。
开口160可具有在竖直方向上延伸的中空圆柱形形状且在其外圆周表面上具有螺纹。盖部件300可易于附接到螺纹/从所述螺纹拆卸。柱状部件100可电性地接地。
带电粒子产生部件200可安装在柱状部件100内部以便面向支撑件20。具体地说，带电粒子产生部件200可安装在第一真空腔室110内部。带电粒子产生部件200可在柱状部件100内部产生带电粒子，使带电粒子加速，使带电粒子以光束形状成形，以及向下发射带电粒子。
将在下文描述带电粒子形成电子束的情况。
带电粒子产生部件200可包含电子发射体210和多个透镜220以及透镜230。电子发射体210可安置在第一真空腔室110的上部部分中。电子发射体210可发射电子束，使得电子束在竖直方向上通过开口160的中心。多个透镜220和透镜230可安置在电子束发射极210与开口160之间且使电子束聚焦并加速。
电子发射体210可包含电子枪。电子枪可使用电场辐射或热辐射方法中的任一个来以所需加速电压和探针电流发射电子束。具体地说，电子枪可包含肖特基(Schottky)型的电场辐射型电子枪。
多个透镜220和透镜230可包含聚焦透镜220和物镜230。聚焦透镜220和物镜230可使用电磁力来以电子束形状聚集来自电子发射体210的电子束。聚焦透镜220和物镜230可以此次序在从电子发射体210到开口160的方向上安置。
带电粒子产生部件200可还包含：孔隙(未示出)，其用于在电子发射体210与多个透镜220和透镜230之间传输电子束；消象散器(stigmator)(未示出)，其用于控制电子束的散光；扫描线圈(未示出)，其用于校正电子束的偏转；以及控制器(未示出)，其连接到电子发射体210和多个透镜220以及透镜230。
将仅在下文描述带电粒子形成离子束的情况。
带电粒子产生部件200可包含例如离子源、提取电极、磁性电极、静电透镜、静电偏转线圈、扫描透镜、磁性透镜等。在此，离子可为负离子或正离子。当然，带电粒子产生部件200的配置和类型可多样化。举例来说，可易于使用聚焦离子束显微镜类型的配置。
当带电粒子形成离子束时，根据示例性实施例的样本观察设备可不仅用于观察样本的图像，而且还用于处理样本。也就是说，当带电粒子产生部件200以带电粒子发射离子束时，根据示例性实施例的样本观察设备可被称为“样本处理设备(specimen treatmentapparatus/specimen processing apparatus)”。
也就是说，离子束从带电粒子产生部件200发射，使得样本10的所需区在大气压下可以预定深度切割。当然，可通过使用从带电粒子产生部件200发射的离子束观察到样本。
盖部件300可耦合到开口160。盖部件300可包含主体310、连接部件320以及绝缘密封环330。另外，盖部件300可具备可传输X射线、带电粒子以及二次粒子的单独孔隙H3。此时，孔隙H3可设置到主体310。
主体310可具有在竖直方向上在其中心部分中的孔隙H3，且可耦合到开口160。另外，连接部件320可以将主体310可拆卸地耦合到开口160。另外，绝缘密封环330可设置于主体310与开口160之间。
主体310可借助于连接部件320可拆卸地耦合到开口160。主体310为盖部件300的主体且可具有圆形整体形状。主体310可包含在带电粒子行进方向上彼此层压的导电层和至少单个绝缘层。此时，带电粒子行进方向可为平行于竖直方向的方向。
主体310可包含在竖直方向上层压和耦合的上部层、中间层以及下部层。上部层和下部层可为导电层。中间层可以是绝缘层。上部层和下部层可包含例如不锈钢材料。中间层可包含例如橡胶或塑料材料。上部层和下部层可通过中间层电绝缘。主体310还可形成于单层中。
孔隙H3可形成以便穿过主体310的中心部分。此时，主体310可具有其附近为平坦或向下凸出的中心部分。
当主体310的中心部分附近向下凸出时，围绕主体310的中心部分的贯穿末端部分可具有从中心部分附近朝向主体310中的中心部分向下倾斜的结构。孔隙H3可由围绕主体310的中心部分的贯穿末端部分限定。带电粒子可竖直地穿过由围绕主体310的中心部分的贯穿末端部分包围的内部空间并被发射，且可引入二次粒子。此时，围绕主体310的中心部分的贯穿末端部分亦可充当空气阻挡墙，所述空气阻挡墙在水平方向上在盖部件300与样本10之间部分地阻挡气流。同时，主体310可具有中心部分，所述中心部分的附近向上凸出。
孔隙H3可设置到主体310的中心部分。此时，孔隙H3可与带电粒子产生部件200对准且在竖直方向上面向带电粒子产生部件200。
孔隙H3可具有不超过几十微米的大小。孔隙H3可具有例如等于或大于10微米且小于100微米的大小。理想地，孔隙H3可具有例如20微米到70微米的大小。更理想地，孔隙H3可具有40微米到55微米的大小。示例性实施例示例性地示出具有50微米的大小的孔隙H3。孔隙H3可包围带电粒子行进路径以便传输电荷粒子。
孔隙H3的大小可指代孔隙H3的水平横截面的水平宽度，即孔隙H3的内部宽度。孔隙H3的横截面形状可多样化，包含环形或矩形形状。当孔隙H3的水平横截面为环形横截面时，孔隙H3的大小意指环形横截面的内径。当孔隙H3的水平横截面为矩形横截面时，孔隙H3的大小可意指矩形横截面的侧面的长度，或穿过矩形横截面的中心的对角线的长度。同时，孔隙H3的大小可基于孔隙H3的下端部分，或在竖直方向上的多个位置处测量的孔隙H3的大小当中的最小大小可设置为孔隙H3的大小。
柱状部件100外部的空气可穿过孔隙H3引入柱状部件100中。可根据孔隙H3的大小确定引入柱状100中的空气的流动速率。调整真空泵410、真空泵420以及真空泵430的吸入流动速率使得穿过孔隙H3引入柱状部件100中的空气的流动速率和真空泵410、真空泵420以及真空泵430的吸入流动速率形成平衡，且因此，柱状部件100内部的真空度可维持在所需真空度下。
当孔隙H3的大小大于例如几十微米时，真空泵410、真空泵420以及真空泵430的负荷增大，且当孔隙H3的大小小于几十微米时，处理可为困难的。
孔隙H3可与支撑件20间隔开。另外，孔隙H3可与支撑件20上的样本10间隔开。此时，样本10与孔隙H3之间的分离高度可为约几十微米到几百微米。
孔隙H3可传输带电粒子、X射线以及二次粒子。孔隙H3可将带电粒子从柱状部件100内部传输到外部。在带电粒子入射到样本10之后，可从样本10发射二次电子和X射线。在带电粒子入射到样本10之后，孔隙H3可将从样本10发射的二次粒子和X射线从柱状部件100外部传输到内部。因此，二次粒子可穿过孔隙H3且到达柱状部件100内部。
连接部件320可具有中空圆柱形形状，其内部朝向顶部和底部打开。主体310可安放在连接部件320的内圆周表面上且插入地装配到所述内圆周表面。连接部件320可具有比主体310更大的竖直厚度。
突出末端部分可在连接部件320的内圆周表面的上部部分上形成。突出末端部分可在连接部件320的内圆周表面的圆周方向上延伸。主体310可安放在突出末端部分上。螺纹可在连接部件320的内圆周表面的上部部分上形成。螺纹可螺旋耦合到开口160的外圆周表面。连接部件320可包含不锈钢材料或塑料材料。
绝缘密封环330可以是例如O形环。绝缘密封环330可设置于主体310的上部层与开口160之间。绝缘密封环330可围绕主体310的上表面的周边延伸。绝缘密封环330可接触主体310的上表面的周边且接触开口160的下表面。绝缘密封环330可隔绝和密封主体310与柱状部件100之间的间隙。
同时，盖部件300的配置可多样化。另外，盖部件300还可与柱状部件100一体地形成。
真空泵410、真空泵420以及真空泵430可维持柱状部件100的内部真空。真空泵410、真空泵420以及真空泵430可以如真空腔室的数目一般多的数目提供。举例来说，真空泵410、真空泵420以及真空泵430可包含第一真空泵410、第二真空泵420以及第三真空泵430。
真空泵410、真空泵420以及真空泵430可分别安装到多个真空腔室110、真空腔室120以及真空腔室130。举例来说，第一真空泵410可安装在第一真空腔室110的侧壁上，第二真空泵420可安装在第二真空腔室120的侧壁上，且第三真空泵430可安装在第三真空腔室130的侧壁上。
直到柱状部件100的内部减压到所需真空度为止，真空泵410、真空泵420以及真空泵430的流动速率可增大为大于穿过孔隙H3引入柱状部件100中的空气的流动速率。
当柱状部件100的内部减压到所需真空度时，真空泵410、真空泵420以及真空泵430的吸入流动速率可与空气穿过孔隙H3引入柱状部件100中的流动速率匹配。此时，真空泵410、真空泵420以及真空泵430的吸入流动速率可根据到孔隙H3的相应距离改变。举例来说，安装到最靠近孔隙H3的真空腔室的真空泵的吸入流动速率最大，且离孔隙H3越远，真空泵的吸入流动速率越小。
以此方式，柱状部件100的内部可调整到所需真空度，且其后，可维持平衡状态。在此，平衡状态意指引入柱状部件100中的空气的流动速率与抽吸到真空泵410、真空泵420以及真空泵430的空气的流动速率彼此相等的状态。
此时，真空泵410、真空泵420以及真空泵430可在多个相应真空腔室110、真空腔室120以及真空腔室130中形成真空差。在此，真空差意谓多个真空腔室110、真空腔室120以及真空腔室130的真空度受控制以使得多个真空腔室110、真空腔室120以及真空腔室130的真空度彼此不同。举例来说，离孔隙H3越远，真空泵410、真空泵420以及真空泵430将多个真空腔室110、真空腔室120以及真空腔室130控制成真空度越高。
具体地说，在多个真空腔室110、真空腔室120以及真空腔室130当中，真空泵410、真空泵420以及真空泵430可在最远离孔隙H3的第一真空腔室110中形成最高真空，且在最接近孔隙H3的第三真空腔室130中形成最低真空。第三真空腔室130的真空度可相对接近于1.0E-3托。第一真空腔室110的真空度可相对接近于1.0E-6托。上述真空泵410、真空泵420以及真空泵430各自可包含涡轮泵。同时，真空泵410、真空泵420以及真空泵430的吸入流动速率经调整彼此不同，且因此，真空腔室110、真空腔室120与真空腔室130之间的真空度中的差可得以调整。
已穿过孔隙H3的二次粒子可由柱状部件100内部的第一检测部件500检测到，且X射线可由第二检测部件600检测到。
第一检测部件500可安装在最接近孔隙H3的真空腔室130内部，或安装在开口160内部。举例来说，第一检测部件500可安装在开口160内部以便覆盖孔隙H3的上部部分。此时，第一检测部件500可在主体310的中心部分处竖直对准。另外，带电粒子产生部件200、第一检测部件600以及孔隙H3可按此次序布置在带电粒子行进路径中。
第一检测部件500可包围带电粒子行进路径。带电粒子可穿过的通道可在第一检测部件500的中心部分中形成。也就是说，第一检测部件500的中心部分可穿透带电粒子行进方向以便传输带电粒子。
带电粒子行进路径的方向为以光束形状从带电粒子产生部件200发射的带电粒子行进的方向，且可包含例如竖直方向，所述竖直方向为与左-右方向、前-后方向以及水平方向交叉的方向。带电粒子行进路径的方向可称为带电粒子的发射方向。
第一检测部件500可收集柱状部件100内部的二次粒子，且将由所收集的二次粒子感应的电流传输到信号处理器(未示出)。传输到信号处理器的电流可用于产生高质量样本图像。第一检测部件500可为以预定板形状提供的半导体检测器。
信号处理器(未示出)可处理待形成为图像的所检测电流。举例来说，位于孔隙H3下方的样本10的观察目标区划分成多个像素，且多个像素中的一个由带电粒子照射。当二次粒子通过带电粒子从样本10发射且收集到第一检测部件500时，检测到由所收集二次粒子感应的电流。所检测到的电流在信号处理器中放大和处理，且选择性地输出为图像信号，例如像素的亮度值。可通过重复上述过程形成用于多个相应像素的图像信号，且由此，可形成样本10的观察目标区的图像。
第二检测部件600可收集散射到柱状部件100中的X射线且检测样本10的组分。第二检测部件600可包含例如能量色散X射线光谱法检测器(EDS检测器)，且被安置以使得其一部分穿过柱状部件100，且其末端部分面向柱状部件100内部的盖部件300的孔隙H3。EDS检测器为一种类型的检测器，其通过使用由单晶硅制成的p-i-n半导体元件通过扫描呈能量形式的电子束检测从样本10获得的X射线的能量，且可形成以便能够检测样本10的表面组分。第二检测部件600可连接到数据处理器(未示出)。
数据处理器可比较从第二检测部件600输出的X射线的能量强度数据和每一能量强度的检测频率数据与用于所发射X射线的每一组分的先前输入的固有能量强度数据，可定量且定性地分析样本10的组分，且可输出分析结果作为视觉信息。
根据示例性实施例，孔隙H3可以由散射引起的损失平滑地传输带电粒子和二次粒子。
图2的(a)为根据示例性实施例的样本观察设备的操作图，且图2的(b)为根据比较例的样本观察设备的操作图。
当带电粒子入射到样本10时，可从样本10发射二次粒子。二次粒子穿过孔隙H3且入射到柱状部件100内部。此时，入射到样本10的电子束的光斑大小可为约几毫米。此时，惰性气体氛围可局部地形成于孔隙H3与样本10之间的高度不超过200微米的空间中。因此，二次粒子可穿过孔隙H3且收集到柱状部件100中。
参考图2的(a)，根据示例性实施例的孔隙可在无散射和损失的情况下传输带电粒子(电子束)和二次粒子(二次电子)。也就是说，带电粒子和二次粒子平滑地移动穿过的开放空间可通过孔隙H3设置于主体310与样本10之间。
也就是说，带电粒子从柱状部件100外部行进到内部，且当穿过孔隙H3时，可不散射或损失，这是因为除了大气空气以外不存在物理障碍物。同样，二次粒子在穿过孔隙H3时并不接收除了大气空气以外的任何物理干扰，且因此可不散射和损失。因此，二次粒子可在柱状部件100内部高效收集。
确切地说，具有比后散射电子低的能量级的二次电子还可穿过开放空间平滑地移动到柱状部件100中，且因此，二次粒子可在柱状部件100内部高效收集。
参考图2的(b)，比较例的主体310具有在其中心部分中的通孔，且子主体320和氮化膜340被提供到通孔。在这种情况下，主体310与样本10之间的间隙为由氮化膜340封闭的空间。
此时，带电粒子在穿过氮化膜340时部分地散射和损失。二次粒子在穿过氮化膜340时也部分地散射和损失。
确切地说，由于二次电子具有比后散射电子更低的能量级，在穿过氮化膜340时可损失大量二次电子。
如上文所描述，可理解，根据示例性实施例的孔隙H3可在无散射和损失的情况下平滑地传输带电粒子和二次粒子。
同时，根据示例性实施例的样本观察设备可还包含能够覆盖孔隙H3的挡板(未示出)，且通过使用这一挡板，当未发射带电粒子时，柱状部件100的内部可与外部隔离。
图3为根据修改的示例性实施例的样本观察设备的示意图。
根据第一修改的实施例的样本观察设备可还包含从柱状部件100延伸到支撑件20的屏蔽部件700。屏蔽部件700可包围盖部件300的外部。举例来说，屏蔽部件700可以圆柱形形状形成。
屏蔽部件700可在盖部件300与样本10之间提供缓冲空间。屏蔽部件700与安放在支撑件20上的样本10向上间隔开，且此时，屏蔽部件700的下端部分与样本10之间的间隔高度H1可等于或小于孔隙H3与样本10之间的间隔高度H。
屏蔽部件700可在盖部件300与样本10之间形成一种空气屏蔽墙，且形成于盖部件300与样本10之间的缓冲空间可具有低于屏蔽部件700外部的大气压的压力。此时，屏蔽部件700的下端部分与样本10之间的间隔高度H1越小，缓冲空间的空气屏蔽效果越好。
屏蔽部件700的结构可多样化。屏蔽部件700可包含：圆柱形屏蔽墙710，其安装在柱状部件100下方且沿着柱状部件100的外圆周表面在圆周方向上延伸；及驱动器720，其设置于屏蔽墙710与柱状部件100的外圆周表面之间且升高/降低屏蔽墙710。
根据第二修改的实施例的样本观察设备可还包含在盖部件300与支撑件20之间注入清洁气体g的帘幕部件800，粉尘由所述清洁气体g收集。
帘幕部件800为一种气体管道且可朝向柱状部件100的下部部分延伸。帘幕部件800可连接到气体供应源(未示出)且接收收集粉尘的清洁气体g。气体注入端口形成于帘幕部件800的下部部分中，且清洁气体g可穿过气体注入端口注入盖部件300与支撑件20之间。
气体注入端口可大量形成，且径向围绕主体310安置。气体注入端口可注入从360°全方向收集粉尘的清洁气体g且在主体310的下部部分中形成局部清洁气体氛围。因此，举例来说，当粒子存在于大气空气中时，可保护柱状部件100的内部免受因粒子所致的污染。
清洁气体g可以是例如选自氦气(He)、氖气(Ne)或氩气(Ar)的一或多种气体。替代地，清洁气体g可以是空气。替代地，清洁气体g可以是选自氮气和氧气的至少一种气体。
根据第三修改的实施例的样本观察设备可一起包含屏蔽部件700和帘幕部件800。
在这种情况下，帘幕部件800可穿过屏蔽部件700安放，且可将集尘清洁气体g注入到盖部件300与屏蔽部件700之间的缓冲空间。在帘幕部件800处对应于穿过孔隙H3引入柱状部件100中的空气的流动速率而调整注入到缓冲空间的清洁气体g的流动速率，且因此，由清洁气体形成的气体墙可形成于缓冲空间中。
根据第四修改的实施例的样本观察设备可具备在孔隙H3的内壁上，具体地说，在围绕主体310的中心部分的贯穿末端部分上的空气制动器(air brake)(未示出)。空气制动器可以各种形状形成，包含翼片形状、环形形状、凹陷凹槽形状、凹坑形状等等。举例来说，空气制动器可以提供为分离构件，且安放在围绕主体310的中心部分的贯穿末端部分的内圆周表面上。替代地，空气制动器可与主体310一体地提供，且形成为在围绕主体310的中心部分的贯穿末端部分的内圆周表面上突出。空气制动器用以干扰穿过孔隙H3且引导到柱状部件100内部的空气流且减小空气的流横截面和空气的流动速率。
图4为根据示例性实施例的样本观察方法的流程图。
下文中，将描述根据示例性实施例的样本观察方法。
根据示例性实施例的样本观察方法，其为用于在大气压下观察样本的样本观察方法，包含：制备样本10以使得所述样本面向具有形成于其中的真空的柱状部件100(步骤S100)；沿着带电粒子行进方向在柱状部件100内部朝向样本10发射带电粒子(步骤S300)；以及穿过提供于耦合到柱状部件100的开口160的盖部件300中的孔隙H3传输带电粒子且允许带电粒子入射到样本10(步骤S400)。
样本观察方法可包含，在发射带电粒子之前，在于带电粒子行进方向上布置在柱状部件100内部且彼此连通的多个空间D1、空间D2以及空间D3中形成真空差(步骤S200)。
另外，在允许带电粒子入射之后，样本观察方法可包含，在柱状部件100内部穿过孔隙H3收集在带电粒子与样本碰撞之后从样本发射的二次粒子(步骤S500)；检测由所收集的二次粒子感应的电流(步骤S600)；以及处理所检测到的电流且自其形成图像(步骤S700)。
首先，在大气压下制备样本10以面向柱状部件100(步骤S100)。举例来说，样本10通过使用输送机器人(未示出)装载于支撑件20的上表面上。
当样本10在支撑件20的上表面上制备时，定位柱状部件100以便在样本10上方面向样本10，柱状部件100和支撑件20中的至少一个在竖直方向上升高，且孔隙H3与样本10之间的高度可在不超过约200微米的范围内精确地调整。
接下来，在于电荷粒子行进方向上布置在柱状部件100内部且彼此连通的多个空间D1、空间D2以及空间D3中形成真空差(步骤S200)。此时，真空差的形成可包含控制多个空间D1、空间D2以及空间D3中的每一个的真空，使得在多个空间D1、空间D2以及空间D3当中，相对远离孔隙H3的空间与相对接近孔隙H3的空间相比具有相对较高真空度。
举例来说，为了产生和加速电子束，柱状部件100的内部可被控制为1.0E-3托到1.0E-6托的真空度。此时，最靠近孔隙H3的第三空间D3被控制为接近1.0E-3托的真空度，且最远离孔隙H3的第一空间D1被控制为比第三空间D3的真空度更高。连接第三空间D3与第一空间D1的第二空间D2的真空度可为第一空间D1的真空度与第三空间D3的真空度的中间值。当然，第一空间D1到第三空间D3的真空度可被控制为相同的。
接下来，沿着带电粒子行进方向从柱状部件100内部朝向样本10发射带电粒子(步骤S300)。具体地说，带电粒子产生部件200以预定加速电压，例如以几kV到几十kV的加速电压发射带电粒子，且所发射的带电粒子在加速的同时成形为光束形状。带电粒子可在带电粒子行进路径中行进。带电粒子可以是电子束或离子束。
同时，在示例性实施例中，由于带电粒子穿过孔隙H3，所以带电粒子产生部件200可具有大致几kV，例如3kV或7KV的降低的加速电压。加速电压的上述数值仅为用于实施例的描述的实例。
相反地，如在比较例中，当带电粒子应穿过氮化膜340时，带电粒子可穿过氮化膜340，且仅在带电粒子以几十kV的加速电压发射时入射到样本10。
接下来，带电粒子传输穿过提供到盖部件300的孔隙H3，且带电粒子入射到样本10。加速的带电粒子可穿过盖部件300的孔隙H3，被控制为几纳米到数百纳米的探针大小，且焦点可以形成于样本10的目标位置处。此时，电子束的焦点在孔隙H3下方间隔开的预定位置处在几微米到数百微米的高度范围内精确地调整，且电子束可以发射到样本10的期望位置且造成与样本碰撞。
接下来，在大气压下，带电粒子与样本10碰撞，且随后在柱状部件100内部穿过孔隙H3收集从样本10发射的二次粒子(步骤S500)。此时，由于二次粒子穿过孔隙H3，所以可以抑制或防止散射或损失。在此，二次粒子可包含二次离子、后散射电子以及二次电子中的至少一个。
接下来，通过第一检测部件500检测由于所收集的二次粒子感应的电流(步骤S600)。此时，防止二次粒子在穿过孔隙H3时散射和损失，且因此，第一检测部件500可高效收集二次粒子。第一检测部件500可将所检测到的电流电传输到信号处理器。
接下来，处理所检测到的电流且自其形成图像(步骤S700)。具体地说，将由于二次粒子感应的电流转换成图像。众所周知的技术可应用于用于从所检测到的电流形成图像的过程和方法，且因此，将并不提供关于其的详细描述。
在带电粒子是离子束时，在允许带电粒子入射到样本之后可进一步提供使用带电粒子处理样本。此时，用于样本处理的离子束的发射电压可比用于观察的离子束高。也就是说，以相对较高发射电压发射离子束，且可以所需深度切割样本的所需区。替代地，以相对较低的发射电压发射离子束且致使其入射到样本，并且可以从样本发射二次粒子。接下来，收集二次粒子，且可用以产生样本图像。
同时，根据修改的实施例的样本观察方法可还包含以下中的至少任何一种过程：在柱状部件100与样本10之间形成缓冲空间；在柱状部件100与样本10之间注入集尘清洁气体g；以及使用提供到孔隙H3的内壁的空气制动器来减少穿过孔隙H3的空气的流横截面的大小。
此时，当样本观察方法包含在柱状部件100与样本10之间形成缓冲空间时，在柱状部件100与样本10之间注入集尘清洁气体g可包含将集尘气体g注入到缓冲空间。
举例来说，缓冲空间使用屏蔽部件700形成于柱状部件100与样本10之间，且集尘清洁气体g可使用帘幕部件800注入到缓冲空间中。此时，清洁气体g可以大气压，或以高于或低于大气压的预定压力注入到缓冲空间中，且清洁气体的墙可形成于孔隙H3与样本10之间。此时，清洁气体g的注入流动速率可与穿过孔隙H3引入柱状部件100中的空气的流动速率匹配。另外，围绕具有空气制动器的孔隙的内壁形成涡流，由此使得穿过孔隙H3的空气的流横截面的大小减小，且因此，可以抑制从柱状部件100的外部到内部的空气流动。此时，通过使用屏蔽部件700抑制到缓冲空间中的空气流入，使得缓冲空间的压力可被控制为低于大气压。
因此，清洁气体氛围可由低于孔隙H3与样本10之间的大气压的压力形成。因此，可防止将外来物质引入柱状部件100中。另外，可穿过孔隙H3高效收集从样本10发射的二次粒子。
根据示例性实施例，当扫描具有在被控制为空的柱状部件内部产生的带电粒子的样本时，可抑制带电粒子损失。另外，当允许二次粒子(其在带电粒子与样本碰撞之后从样本发射)到达柱状部件内部时，可抑制二次粒子损失。
更具体地说，在盖部件中形成孔隙(所述盖部件分离柱状部件的内部和外部)，使得带电粒子和二次粒子可穿过孔隙，且当带电粒子和二次粒子在大气压下在柱状部件的真空控制内部与样本之间传递时，穿过孔隙执行传递，且因此，防止带电粒子和二次粒子的散射，且其损失可减小。
因此，用于扫描样本的带电粒子的损失减小，使得二次粒子可从样本充分发射，且在从样本发射之后到达柱状部件内部的二次粒子的损失减小。因此，二次粒子可在柱状部件内部高效收集。
因此，高效收集的二次粒子可用于产生样本图像，且可产生高质量样本图像。也就是说，可提高样本图像的分辨率。
提供上文所提到的示例性实施例不是为了限制而是为了描述本公开。以上示例性实施例中所公开的配置和方法可彼此组合或共享以被修改为各种形式，且应注意，修改的实施例属于本公开的范围内。也就是说，本发明将在权利要求和其等效技术精神的范围内以彼此不同的各种形式实施，且所属领域的技术人员将易于理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改和变化。

Claims (11)

1.一种样本观察设备，用于在大气压下使用带电粒子观察样本，所述设备包括：
柱状部件，安置成面向能够支撑所述样本的支撑件且具有面向所述支撑件的一个开口侧；
带电粒子产生部件，安装在所述柱状部件内部；
盖部件，耦合到所述柱状部件的开口且包含能够传输带电粒子和二次粒子的孔隙；以及
屏蔽部件，从所述柱状部件朝向所述支撑件延伸且配置成包围所述盖部件的外部，
其中所述屏蔽部件在从所述柱状部件朝向所述支撑件的方向上与安放在所述支撑件上的所述样本向上间隔开，
其中所述柱状部件的所述内部的真空度为1.0E-3托到1.0E-6托，
其中所述柱状部件包括彼此连通的多个真空腔室，以及所述带电粒子产生部件安装到所述多个真空腔室中最远离所述孔隙的真空腔室中。
2.根据权利要求1所述的样本观察设备，其中所述孔隙形成于所述盖部件的中心部分中，具有几十微米或更小的大小，且包围带电粒子行进路径。
3.根据权利要求1所述的样本观察设备，其中所述多个真空腔室沿着带电粒子行进路径布置，以及
所述柱状部件中包括一或多个分隔墙以便限定所述多个真空腔室。
4.根据权利要求3所述的样本观察设备，其中所述分隔墙可沿着所述带电粒子行进路径彼此间隔开，在与带电粒子行进方向交叉的方向上延伸，且具有开放以便能够传输所述带电粒子的中心部分。
5.根据权利要求1所述的样本观察设备，还包括多个真空泵，其被安装以便穿过所述柱状部件的多个位置且分别连接到所述多个真空腔室。
6.根据权利要求5所述的样本观察设备，其中所述真空泵各自包括涡轮泵，且在所述多个真空腔室中形成真空差。
7.根据权利要求1所述的样本观察设备，还包括帘幕部件，所述帘幕部件配置成在所述盖部件与所述支撑件之间注入集尘清洁气体。
8.一种样本观察方法，用于在大气压下观察样本，所述方法包括：
制备所述样本以使得所述样本面向具有形成于其中的真空的柱状部件；
沿着带电粒子行进方向从所述柱状部件内部朝向所述样本发射带电粒子；以及
传输所述带电粒子穿过设置在盖部件的孔隙且允许所述带电粒子入射到所述样本，所述盖部件耦合到所述柱状部件的开口，以及
在发射所述带电粒子之前，在于所述带电粒子行进方向上布置在所述柱状部件内部且彼此连通的多个空间中形成真空差，且使用屏蔽部件在所述柱状部件与所述样本之间形成缓冲空间，
其中所述真空差的形成包括控制所述多个空间的所述真空以使得在所述多个空间当中，相对远离所述孔隙的空间具有比相对接近所述孔隙的空间更高的真空度，
其中所述柱状部件的所述内部的真空度为1.0E-3托到1.0E-6托，
其中所述屏蔽部件在从所述柱状部件朝向所述样本的方向上与所述样本向上间隔开。
9.根据权利要求8所述的样本观察方法，还包括：
在允许所述带电粒子入射之后，通过在所述柱状部件内部的所述孔隙收集在所述带电粒子与所述样本碰撞之后从所述样本发射的二次粒子。
10.根据权利要求8所述的样本观察方法，还包括：在发射所述带电粒子之前，在所述柱状部件与所述样本之间注入集尘清洁气体。
11.根据权利要求8所述的样本观察方法，其中所述带电粒子包括电子束和离子束中的一个。
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