DE102020105706B4 - Particle beam system, method for operating a particle beam system and computer program product - Google Patents

Particle beam system, method for operating a particle beam system and computer program product Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Teilchenstrahlsystem 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems 1, welche eine Behandlung von Kryoproben 5 mittels eines Gases 45 erlauben. Erfindungsgemäß wird ein Gas lokal begrenzt in der Nähe einer Oberfläche einer Probe 5 in einer Vakuumkammer 29 des Teilchenstrahlsystems 1 freigesetzt. Die Temperatur des Gases 45 ist auf die Temperatur der Probe 5 angepasst. Gegebenenfalls wird das Gas 45 gekühlt, beispielsweise durch einen in der Vakuumkammer 29 des Teilchenstrahlsystems 1 angeordneten Wärmetauscher 51, der die Kühlung des Gases 45 mittels eines Kühlmediums oder mittels eines Kopplungselements bewirkt.The present invention relates to a particle beam system 1 and a method for operating a particle beam system 1, which allow cryosamples 5 to be treated by means of a gas 45. According to the invention, a gas is released in a locally limited manner in the vicinity of a surface of a sample 5 in a vacuum chamber 29 of the particle beam system 1. The temperature of the gas 45 is adapted to the temperature of the sample 5. If necessary, the gas 45 is cooled, for example by a heat exchanger 51 which is arranged in the vacuum chamber 29 of the particle beam system 1 and which effects the cooling of the gas 45 by means of a cooling medium or by means of a coupling element.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Teilchenstrahlsystem, ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems und ein Computerprogrammprodukt. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Teilchenstrahlsystem und ein Verfahren zum Betreiben desselben, mit welchen eine mit dem Teilchenstrahlsystem bestrahlte Probe mit einem Prozessgas behandelt werden kann, wobei die Probe eine Kryoprobe ist, deren Temperatur üblicherweise weit unter 0°C liegt, beispielsweise im Bereich von -100°C bis -200°C oder dergleichen. Wässrige Kryoproben haben häufig eine Temperatur von unter -135°C, beispielweise eine Temperatur von etwa - 150°C oder weniger, um eine unerwünschte Kristallbildung zu vermeiden.The present invention relates to a particle beam system, a method for operating a particle beam system and a computer program product. In particular, the present invention relates to a particle beam system and a method for operating the same, with which a sample irradiated with the particle beam system can be treated with a process gas, the sample being a cryoprobe whose temperature is usually well below 0 ° C, for example in the range of -100 ° C to -200 ° C or the like. Aqueous cryosamples often have a temperature of below -135 ° C., for example a temperature of around -150 ° C. or less, in order to avoid undesired crystal formation.

Bei der Untersuchung von Proben, insbesondere elektrisch nicht-leitenden Proben, unter Verwendung eines Teilchenstrahlsystems, insbesondere eines Elektronenstrahlsystems, kann durch Bestrahlung der Probe mit dem Teilchenstrahl, der von dem Teilchenstrahlsystem erzeugt wird, die Probe elektrisch lokal aufgeladen werden. Dies führt zu einer inhomogenen Ladungsverteilung in der Probe. Diese Ladungsverteilung in der Probe beeinflusst sowohl den auf die Probe treffenden, von dem Teilchenstrahlsystem erzeugten Teilchenstrahl als auch die von der Probe aufgrund der Wechselwirkung des Teilchenstrahls mit der Probe ausgehenden Teilchen (beispielsweise rückgestreute Elektronen, Sekundärelektronen, und dergleichen). Hierdurch verschlechtert sich die Qualität eines mit dem Teilchenstrahlsystem aufgenommenen Bildes der Probe.When examining samples, in particular electrically non-conductive samples, using a particle beam system, in particular an electron beam system, the sample can be locally electrically charged by irradiating the sample with the particle beam generated by the particle beam system. This leads to an inhomogeneous charge distribution in the sample. This charge distribution in the sample influences both the particle beam generated by the particle beam system and the particles emanating from the sample due to the interaction of the particle beam with the sample (for example backscattered electrons, secondary electrons, and the like). This degrades the quality of an image of the sample recorded with the particle beam system.

Zur Minimierung der in der Regel negativen Wirkung der Aufladung der Probe sind verschiedene Verfahren bekannt. Beispielsweise kann die Oberfläche einer Probe mit einer dünnen Schicht aus einem elektrisch leitenden Material beschichtet werden, so dass elektrische Ladung über diese Schicht abgeführt werden kann.Various methods are known to minimize the usually negative effect of charging the sample. For example, the surface of a sample can be coated with a thin layer of an electrically conductive material so that electrical charge can be dissipated via this layer.

Ein weiteres herkömmliches Verfahren ist die Kompensation der Aufladung durch ein Gas, welches lokal an einem Oberflächenabschnitt der Probe bereitgestellt wird. Durch den Teilchenstrahl des Teilchenstrahlsystems und durch von der Probe ausgehende Teilchen kann dieses Gas ionisiert werden. Die auf diese Weise in der Nähe des Oberflächenabschnitts erzeugten Ionen und freien Ladungen bewirken eine Kompensation der Aufladung der Probe. Die Ladungskompensation durch Zuführung eines geeigneten Gases zu einer Probe wird herkömmlicherweise nur für Proben bei Raumtemperatur eingesetzt.Another conventional method is to compensate for the charging by means of a gas which is provided locally on a surface section of the sample. This gas can be ionized by the particle beam of the particle beam system and by particles emanating from the sample. The ions and free charges generated in this way in the vicinity of the surface section compensate for the charging of the sample. Charge compensation by supplying a suitable gas to a sample is conventionally only used for samples at room temperature.

Das eben beschriebene Verfahren zur Ladungskompensation ist für Kryoproben, d. h. Proben mit einer Temperatur von weit unter 0°C, nicht geeignet, da das für die Ladungskompensation bereitgestellte Gas mit Raumtemperatur die Kryoprobe so stark erwärmt, dass die Kryoprobe irreparablen Schaden nimmt.The method for charge compensation just described is for cryosamples, i. H. Samples with a temperature far below 0 ° C, not suitable, as the room temperature gas provided for charge compensation heats the cryoprobe so much that the cryopample is irreparably damaged.

Auch andere herkömmliche Verfahren, bei welchen ein Gas zum Behandeln einer Probe verwendet wird, wie beispielsweise zum Abtragen von Material von einer Probe und zum Abscheiden von Material an einer Probe, können aus dem gleichen Grund nicht ohne Weiteres auf Kryoproben angewendet werden. Solche Verfahren sind beispielsweise in den folgenden Dokumenten offenbart.Other conventional methods in which a gas is used to treat a sample, such as, for example, ablating material from a sample and depositing material on a sample, cannot readily be applied to cryosamples for the same reason. Such methods are disclosed, for example, in the following documents.

US 2016 / 0 293 380 A1 , US 2010 / 0 102 223 A1 , US 2006 / 0 284 090 A1 , I. Utke et al., „Gas-assisted focused electron beam and ion beam processing and fabrication“, T. Bret et al., „Industrial perspective on focused electron beam-induced processes“ und T. J. Deerinck et al., „High-performance serial block-face SEM of nonconductive biological samples enabled by focal gas injection-based charge compensation“ offenbaren jeweils Teilchenstrahlsysteme und -verfahren, bei welchen ein Strahl geladener Teilchen auf ein Objekt gerichtet wird und ein Prozessgas zum Einsatz kommt. US 2016/0 293 380 A1 , US 2010/0 102 223 A1 , US 2006/0 284 090 A1 , I. Utke et al., "Gas-assisted focused electron beam and ion beam processing and fabrication", T. Bret et al., "Industrial perspective on focused electron beam-induced processes" and TJ Deerinck et al., "High -performance serial block-face SEM of nonconductive biological samples enabled by focal gas injection-based charge compensation ”each disclose particle beam systems and methods in which a beam of charged particles is directed at an object and a process gas is used.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Teilchenstrahlsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems bereitzustellen, mit welchen Kryoroben effizient mit einem Gas bearbeitet werden können. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Teilchenstrahlsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems bereitzustellen, mit welchen elektrische Aufladungen einer Kryoprobe reduziert und Kryoproben mit einem Prozessgas bearbeitet werden können.The object of the present invention is to provide a particle beam system and a method for operating a particle beam system with which cryobases can be processed efficiently with a gas. In particular, it is an object of the present invention to provide a particle beam system and a method for operating a particle beam system with which electrical charges of a cryosample can be reduced and cryosamples can be processed with a process gas.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Teilchenstrahlsystem, insbesondere ein Teilchenstrahlmikroskop, welches umfasst: eine Vakuumkammer mit einer Kammerwand; eine Teilchenstrahlsäule zum Bestrahlen eines Oberflächenabschnitts einer in der Vakuumkammer angeordneten Probe mit einem Teilchenstrahl aus geladenen Teilchen; und eine Gaszuleitungsvorrichtung zum Leiten eines Gases zu dem Oberflächenabschnitt der in der Vakuumkammer angeordneten Probe; wobei die Gaszuleitungsvorrichtung umfasst: eine Gasleitung zum Leiten des Gases, wobei die Gasleitung einen in der Vakuumkammer angeordneten Auslass aufweist; und einen in der Vakuumkammer angeordneten Wärmetauscher zum Kühlen des in der Gasleitung geleiteten Gases.According to a first aspect, the object is achieved by a particle beam system, in particular a particle beam microscope, which comprises: a vacuum chamber with a chamber wall; a particle beam column for irradiating a surface section of a sample arranged in the vacuum chamber with a particle beam of charged particles; and a gas supply device for supplying a gas to the surface portion of the sample placed in the vacuum chamber; wherein the gas supply device comprises: a gas line for guiding the gas, the gas line having an outlet arranged in the vacuum chamber; and a heat exchanger arranged in the vacuum chamber for cooling the gas conducted in the gas line.

Die Vakuumkammer umschließt mit ihrer Kammerwand ein Volumen. In diesem Volumen wird die Probe angeordnet, wenn die Probe mit dem Teilchenstrahlsystem untersucht werden soll. Zur Untersuchung der Probe mit dem Teilchenstrahlsystem wird in der Vakuumkammer ein Vakuum erzeugt, beispielsweise mittels einer Vakuumpumpe, damit der Teilchenstrahl möglichst ungestört auf die Probe treffen kann und damit von der Probe ausgehende Teilchen effizient detektiert werden können.The vacuum chamber encloses a volume with its chamber wall. The sample is arranged in this volume if the sample is to be examined with the particle beam system. To the Examination of the sample with the particle beam system, a vacuum is generated in the vacuum chamber, for example by means of a vacuum pump, so that the particle beam can hit the sample as undisturbed as possible and thus particles emanating from the sample can be efficiently detected.

Die Teilchenstrahlsäule ist dazu konfiguriert, den Teilchenstrahl zu erzeugen und auf die Probe zu richten, wodurch die Probe mit dem Teilchenstrahl bestrahlt wird. Der Teilchenstrahl trifft auf die Oberfläche der Probe. Der Teilchenstrahl kann aus Elektronen gebildet werden, dementsprechend kann das Teilchenstrahlsystem ein Elektronenstrahlsystem sein. Alternativ kann der Teilchenstrahl aus Ionen gebildet werden, dementsprechend kann das Teilchenstrahlsystem ein Ionenstrahlsystem sein.The particle beam column is configured to generate the particle beam and to direct it onto the sample, whereby the sample is irradiated with the particle beam. The particle beam hits the surface of the sample. The particle beam can be formed from electrons, and accordingly the particle beam system can be an electron beam system. Alternatively, the particle beam can be formed from ions, and accordingly the particle beam system can be an ion beam system.

Die Gaszuleitungsvorrichtung ist dazu konfiguriert, zu einem Oberflächenabschnitt einer Probe, die in der Vakuumkammer angeordnet ist, ein Gas zuzuleiten. Das Leiten des Gases zu dem Oberflächenabschnitt der Probe bedeutet, dass das Gas an einem räumlich stark begrenzten Bereich in der Nähe der Oberfläche der Probe bereitgestellt wird. Das Volumen, in welchem das Gas durch die Gaszuleitungsvorrichtung bereitgestellt werden kann, ist im Vergleich zu dem Volumen der Vakuumkammer sehr klein.The gas supply device is configured to supply a gas to a surface portion of a sample which is arranged in the vacuum chamber. The conducting of the gas to the surface section of the sample means that the gas is provided in a spatially very limited area in the vicinity of the surface of the sample. The volume in which the gas can be provided by the gas supply device is very small compared to the volume of the vacuum chamber.

Das Gas kann je nach Anwendung unterschiedlich sein. Zum Bewirken einer Ladungskompensation ist das Gas beispielsweise ein inertes Gas, wie beispielsweise Stickstoff. Zum Abscheiden von Material an der Probe kann das Gas ein Prozessgas sein, welches selbst reaktiv sein kann oder durch Wechselwirkung mit dem Teilchenstrahl reaktiv wird und infolgedessen Material aus dem Prozessgas an der Probe abscheidet. Zum Entfernen von Material von der Probe (Ätzverfahren) kann das Gas ein reaktives Prozessgas sein, beispielsweise Sauerstoff. Durch Wechselwirkung mit dem Teilchenstrahl ionisiertes Prozessgas kann Material von der Probe abtragen.The gas can be different depending on the application. To effect charge compensation, the gas is, for example, an inert gas such as nitrogen. In order to deposit material on the sample, the gas can be a process gas, which can itself be reactive or becomes reactive through interaction with the particle beam and as a result separates material from the process gas on the sample. To remove material from the sample (etching process), the gas can be a reactive process gas, for example oxygen. Process gas ionized by interaction with the particle beam can remove material from the sample.

Um das Gas in dem kleinen Volumen in der Nähe der Oberfläche der Probe bereitstellen zu können, umfasst die Gaszuleitungsvorrichtung eine Gasleitung mit einem Auslass, wobei der Auslass in der Vakuumkammer angeordnet ist. Die Gasleitung ist dazu konfiguriert, das Gas zu dem Auslass zu leiten. Die Gasleitung erlaubt es daher, das Gas innerhalb der Vakuumkammer zu einem bestimmten Ort in der Nähe der Oberfläche der Probe zu leiten, wo das Gas durch den Auslass der Gasleitung aus der Gasleitung aus und in das Volumen der Vakuumkammer eintritt. Somit wird im Bereich um den Auslass der Gasleitung das Gas in die Vakuumkammer geleitet, wo es seine Wirkung entfalten kann.In order to be able to provide the gas in the small volume in the vicinity of the surface of the sample, the gas supply device comprises a gas line with an outlet, the outlet being arranged in the vacuum chamber. The gas line is configured to direct the gas to the outlet. The gas conduit therefore allows the gas within the vacuum chamber to be directed to a specific location near the surface of the sample, where the gas enters the gas conduit through the outlet of the gas conduit and into the volume of the vacuum chamber. Thus, in the area around the outlet of the gas line, the gas is directed into the vacuum chamber, where it can develop its effect.

Die Gaszuleitungsvorrichtung umfasst ferner einen Wärmetauscher, der in der Vakuumkammer angeordnet ist. Der Wärmetauscher ist dazu konfiguriert, das in der Gasleitung geleitete Gas zu kühlen. Die Kühlung des Gases kann dadurch erfolgen, dass der Wärmetauscher die Gasleitung kühlt, wodurch auch das Gas in der Gasleitung gekühlt wird. Die Kühlung des Gases unter Verwendung des Wärmetauschers kann mit einem Kühlmedium oder einem Kopplungselement erfolgen, welche selbst kalt sind und/oder gekühlt werden. In dem Wärmetauscher wird durch einen thermischen Wechselwirkungsprozess thermische Energie zwischen dem Gas und dem Wärmetauscher ausgetauscht. Der Wärmetauscher selbst kann durch ein zu dem Wärmetauscher geführtes Kühlmedium oder durch ein mit dem Wärmetauscher thermisch verbundenes Kopplungselement gekühlt werden, wodurch auch das Gas gekühlt wird. Somit kann die Temperatur des Gases, gemessen am Auslass der Gasleitung, so eingestellt werden, dass die Probe durch das Gas nicht oder nur geringfügig erwärmt oder sogar gekühlt wird. Auf diese Weise kann die durch das Gas bereitgestellte Wirkung eintreten, ohne dass Kryoproben durch das Zuleiten des Gases beschädigt werden.The gas supply device further comprises a heat exchanger which is arranged in the vacuum chamber. The heat exchanger is configured to cool the gas conducted in the gas line. The gas can be cooled in that the heat exchanger cools the gas line, whereby the gas in the gas line is also cooled. The cooling of the gas using the heat exchanger can take place with a cooling medium or a coupling element, which are themselves cold and / or are cooled. In the heat exchanger, thermal energy is exchanged between the gas and the heat exchanger through a thermal interaction process. The heat exchanger itself can be cooled by a cooling medium fed to the heat exchanger or by a coupling element thermally connected to the heat exchanger, whereby the gas is also cooled. Thus, the temperature of the gas, measured at the outlet of the gas line, can be set in such a way that the sample is not or only slightly heated or even cooled by the gas. In this way, the effect provided by the gas can occur without the cryosamples being damaged by the supply of the gas.

Das Teilchenstrahlsystem kann eine Kühlvorrichtung umfassen, welche dazu konfiguriert ist, die Probe zu kühlen. Die Kühlvorrichtung dient dazu, die Temperatur einer Kryoprobe einzustellen, um zu verhindern, dass die Kryoprobe durch seine Umgebung erwärmt wird. Die Kühlvorrichtung und die Gaszuleitungsvorrichtung bzw. der Wärmetauscher sind voneinander verschiedene Vorrichtungen.The particle beam system can comprise a cooling device which is configured to cool the sample. The cooling device is used to adjust the temperature of a cryoprobe in order to prevent the cryopample from being heated by its surroundings. The cooling device and the gas supply device or the heat exchanger are devices that are different from one another.

Vor, während und/oder nach der Bestrahlung des Oberflächenabschnitts der Probe mit dem Teilchenstrahl kann das Gas unter Verwendung der Gaszuleitungsvorrichtung auf den Oberflächenabschnitt der Probe geleitet werden, wodurch die von dem Gas bereitgestellte Wirkung ermöglicht wird.Before, during and / or after the surface section of the sample is irradiated with the particle beam, the gas can be guided onto the surface section of the sample using the gas feed device, whereby the effect provided by the gas is made possible.

Während der Bestrahlung des Oberflächenabschnitts der Probe mit dem Teilchenstrahl können von der Probe aufgrund der Bestrahlung ausgehende Teilchen mit einem Detektor detektiert werden. Der Detektor kann dazu konfiguriert sein, ein Ausgabesignal auszugeben, welches in Abhängigkeit der detektierten Teilchen erzeugt wird. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Bild des Oberflächenabschnitts der Probe mit dem Teilchenstrahlsystem aufgenommen werden.During the irradiation of the surface section of the sample with the particle beam, particles emanating from the sample due to the irradiation can be detected with a detector. The detector can be configured to output an output signal which is generated as a function of the detected particles. In this way, for example, an image of the surface section of the sample can be recorded with the particle beam system.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Gaszuleitungsvorrichtung ferner: eine die Kammerwand durchsetzende Zuleitung zum Leiten eines Kühlmediums von einer außerhalb der Vakuumkammer angeordneten Kühlmedium-Quelle zu dem Wärmetauscher und/oder eine die Kammerwand durchsetzende Rückleitung zum Leiten des Kühlmediums von dem Wärmetauscher zu einer außerhalb der Vakuumkammer angeordneten Kühlmedium-Senke. Hierbei kühlt das Kühlmedium das in der Gasleitung geführte Gas mittels des Wärmetauschers. Das Kühlmedium kann gasförmig oder flüssig sein.According to one embodiment, the gas feed device further comprises: a feed line penetrating the chamber wall for conveying a cooling medium from a cooling medium source arranged outside the vacuum chamber to the heat exchanger and / or a return line penetrating the chamber wall for conveying the cooling medium from the heat exchanger to a cooling medium sink arranged outside the vacuum chamber. The cooling medium cools the gas in the gas line by means of the heat exchanger. The cooling medium can be gaseous or liquid.

Die Zuleitung und die Rückleitung können aus einem Material gebildet sein, welches für sehr geringe Temperaturen geeignet ist. Beispielsweise sind diese Leitungen aus Teflon gebildet.The supply line and the return line can be formed from a material which is suitable for very low temperatures. For example, these lines are made of Teflon.

In dieser Ausführungsform kann das Kühlmedium in der Kühlmedium-Quelle bereitgestellt werden, wobei die Kühlmedium-Quelle außerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist. Um das Kühlmedium von der Kühlmedium-Quelle zu dem Wärmetauscher im Inneren der Vakuumkammer leiten zu können, umfasst die Gaszuleitungsvorrichtung die Zuleitung. Die Zuleitung ist dazu konfiguriert, das Kühlmedium von der Kühlmedium-Quelle zu dem Wärmetauscher im Inneren der Vakuumkammer zu leiten. Hierbei tritt das Kühlmedium nicht aus der Zuleitung aus. Hierdurch wird vermieden, dass das Kühlmedium ein in der Vakuumkammer erzeugtes Vakuum kontaminiert. Die Zuleitung durchsetzt die Kammerwand der Vakuumkammer. Die Zuleitung kann aus einer Vielzahl einzelner Leitungen und Verbindungen bestehen und ist als funktionelles Element zu verstehen, welches sich aus verschiedenen Einzelteilen zusammensetzen kann.In this embodiment, the cooling medium can be provided in the cooling medium source, the cooling medium source being arranged outside the vacuum chamber. In order to be able to conduct the cooling medium from the cooling medium source to the heat exchanger in the interior of the vacuum chamber, the gas supply device comprises the supply line. The feed line is configured to conduct the cooling medium from the cooling medium source to the heat exchanger in the interior of the vacuum chamber. In this case, the cooling medium does not escape from the supply line. This prevents the cooling medium from contaminating a vacuum generated in the vacuum chamber. The supply line penetrates the chamber wall of the vacuum chamber. The supply line can consist of a large number of individual lines and connections and is to be understood as a functional element that can be composed of various individual parts.

Die Zuleitung führt das Kühlmedium zu dem Wärmetauscher, in welchem das Kühlmedium das in der Gasleitung geleitete Gas kühlt. Hierdurch wird das Kühlmedium in dem Wärmetauscher erwärmt. Das erwärmte Kühlmedium wird von dem Wärmetauscher durch die Rückleitung zu einer Kühlmedium-Senke geleitet. Die Kühlmedium-Senke ist außerhalb der Vakuumkammer angeordnet. Dementsprechend durchsetzt die Rückleitung die Kammerwand, welche die Vakuumkammer begrenzt. Hierbei tritt das Kühlmedium nicht aus der Rückleitung aus. Hierdurch wird vermieden, dass das Kühlmedium ein in der Vakuumkammer erzeugtes Vakuum kontaminiert. Die Rückleitung durchsetzt die Kammerwand der Vakuumkammer. Die Rückleitung kann aus einer Vielzahl einzelner Leitungen und Verbindungen bestehen und ist als funktionelles Element zu verstehen, welches sich aus verschiedenen Einzelteilen zusammensetzen kann.The feed line leads the cooling medium to the heat exchanger, in which the cooling medium cools the gas conducted in the gas line. As a result, the cooling medium is heated in the heat exchanger. The heated cooling medium is passed from the heat exchanger through the return line to a cooling medium sink. The cooling medium sink is arranged outside the vacuum chamber. Accordingly, the return line passes through the chamber wall which delimits the vacuum chamber. The cooling medium does not escape from the return line. This prevents the cooling medium from contaminating a vacuum generated in the vacuum chamber. The return line passes through the chamber wall of the vacuum chamber. The return line can consist of a large number of individual lines and connections and is to be understood as a functional element that can be composed of various individual parts.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Gaszuleitungsvorrichtung ferner ein Wärmetauscherdurchflussventil zum Einstellen der Durchflussrate des Kühlmediums durch den Wärmetauscher. Das Wärmetauscherdurchflussventil ist dazu konfiguriert, die Durchflussrate des Kühlmediums durch den Wärmetauscher einzustellen. Hierdurch kann die Kühlleistungsfähigkeit des Wärmetauschers eingestellt werden. Das Wärmetauscherdurchflussventil kann durch eine Steuerung des Teilchenstrahlsystems gesteuert werden.According to a further embodiment, the gas supply device further comprises a heat exchanger flow valve for adjusting the flow rate of the cooling medium through the heat exchanger. The heat exchanger flow valve is configured to adjust the flow rate of the cooling medium through the heat exchanger. This allows the cooling capacity of the heat exchanger to be adjusted. The heat exchanger flow valve can be controlled by a controller of the particle beam system.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die Zuleitung, der Wärmetauscher und die Rückleitung einen geschlossenen Strömungskanal für das Kühlmedium. Der geschlossene Strömungskanal weist innerhalb der Vakuumkammer keine Öffnung auf. Dementsprechend tritt das Kühlmedium nicht aus dem Strömungskanal aus und bleibt während seiner Durchführung durch die Vakuumkammer innerhalb des Strömungskanals. Dementsprechend wird ein in der Vakuumkammer erzeugtes Vakuum durch das Kühlmedium nicht kontaminiert. Die Gasleitung und der Strömungskanal können voneinander leitungsmäßig getrennt sein. Das bedeutet, dass das in dem Strömungskanal geleitete Kühlmedium und das in der Gasleitung geleitete Gas getrennt geführt werden.According to a further embodiment, the feed line, the heat exchanger and the return line form a closed flow channel for the cooling medium. The closed flow channel has no opening within the vacuum chamber. Accordingly, the cooling medium does not emerge from the flow channel and remains within the flow channel during its passage through the vacuum chamber. Accordingly, a vacuum generated in the vacuum chamber is not contaminated by the cooling medium. The gas line and the flow channel can be separated from one another in terms of lines. This means that the cooling medium conducted in the flow channel and the gas conducted in the gas line are conducted separately.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist die Zuleitung oder die Rückleitung eine Abzweigung auf, an welche die Gasleitung angeschlossen ist. An der Abzweigung tritt ein Teil des in der Zuleitung oder der Rückleitung geführten Kühlmediums in die Gasleitung ein. Dementsprechend wird das Gas durch das Kühlmedium selbst bereitgestellt. In diesem Fall sind sowohl das Gas als auch das Kühlmedium beispielsweise Stickstoff. In dieser Ausführungsform werden das Kühlmedium zum Kühlen des Gases und das Gas selbst durch eine gemeinsame Leitung (Zuleitung) geführt, die die Kammerwand der Vakuumkammer durchsetzt.According to an alternative embodiment, the feed line or the return line has a branch to which the gas line is connected. At the junction, part of the cooling medium carried in the supply line or the return line enters the gas line. Accordingly, the gas is provided by the cooling medium itself. In this case, both the gas and the cooling medium are, for example, nitrogen. In this embodiment, the cooling medium for cooling the gas and the gas itself are passed through a common line (feed line) which passes through the chamber wall of the vacuum chamber.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Teilchenstrahlsystem ferner eine außerhalb der Vakuumkammer angeordnete Kühlvorrichtung zum Kühlen eines die Kammerwand durchsetzenden Kopplungselements, welches mit dem Wärmetauscher thermisch gekoppelt ist. In dieser Ausführungsform wird das Gas bzw. der Wärmetauscher in der Vakuumkammer nicht durch ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium, sondern durch das Kopplungselement mit festem Aggregatszustand gekühlt. Das Kopplungselement ist hierzu thermisch effizient mit dem Wärmetauscher verbunden. Das Kopplungselement erstreckt sich durch die Kammerwand der Vakuumkammer und kann daher außerhalb der Vakuumkammer durch die Kühlvorrichtung gekühlt werden. Die Kühlvorrichtung kann beispielsweise ein Dewar oder ein gekühlter Wärmetauscher sein.According to a further embodiment, the particle beam system further comprises a cooling device arranged outside the vacuum chamber for cooling a coupling element which penetrates the chamber wall and which is thermally coupled to the heat exchanger. In this embodiment, the gas or the heat exchanger in the vacuum chamber is not cooled by a liquid or gaseous cooling medium, but by the coupling element with a solid state of aggregation. For this purpose, the coupling element is connected to the heat exchanger in a thermally efficient manner. The coupling element extends through the chamber wall of the vacuum chamber and can therefore be cooled by the cooling device outside the vacuum chamber. The cooling device can be, for example, a dewar or a cooled heat exchanger.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform durchsetzt die Gasleitung die Kammerwand der Vakuumkammer. In dieser Ausführungsform wird das Gas außerhalb der Vakuumkammer bereitgestellt und von außerhalb der Vakuumkammer durch die Gasleitung auf den Oberflächenabschnitt der Probe geleitet, wobei die Gasleitung die Kammerwand der Vakuumkammer durchsetzt.According to a further embodiment, the gas line passes through the chamber wall of the vacuum chamber. In this embodiment, the gas is provided outside the vacuum chamber and is conducted from outside the vacuum chamber through the gas line onto the surface section of the sample, the gas line passing through the chamber wall of the vacuum chamber.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Gaszuleitungsvorrichtung ferner ein Gasleitungsventil zum Einstellen der Durchflussrate des Gases durch die Gasleitung. Das Gasleitungsventil ist dazu konfiguriert, die Durchflussrate des Gases durch die Gasleitung einzustellen. Somit kann die Strömungsgeschwindigkeit des Gases am Auslass der Gasleitung eingestellt werden. Dies beeinflusst wiederum die Kontaminierung eines in der Vakuumkammer bereitgestellten Vakuums, die Effizienz der Wirkung des Gases sowie die Kühlung des Gases durch den Wärmetauscher. Das Gasleitungsventil kann durch eine Steuerung des Teilchenstrahlsystems gesteuert werden. Das Gasleitungsventil kann innerhalb oder außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein.According to a further embodiment, the gas supply device further comprises a gas line valve for adjusting the flow rate of the gas through the gas line. The gas line valve is configured to adjust the flow rate of the gas through the gas line. The flow rate of the gas at the outlet of the gas line can thus be adjusted. This in turn influences the contamination of a vacuum provided in the vacuum chamber, the efficiency of the action of the gas and the cooling of the gas by the heat exchanger. The gas line valve can be controlled by a controller of the particle beam system. The gas line valve can be arranged inside or outside the vacuum chamber.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Teilchenstrahlsystem ferner eine Steuerung, welche dazu konfiguriert ist, die Kühlleistungsfähigkeit des Wärmetauschers zu steuern. Insbesondere kann die Steuerung die Kühlleistungsfähigkeit des Wärmetauschers in Abhängigkeit der Temperatur des Wärmetauschers und/oder in Abhängigkeit der Temperatur des Gases (am Auslass) steuern. Bei Ausführungsformen, die die Verwendung des Kühlmediums vorsehen, kann die Steuerung die Kühlleistungsfähigkeit des Wärmetauschers in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmediums steuern. Bei Ausführungsformen, die die Verwendung des Kopplungselements vorsehen, kann die Steuerung die Kühlleistungsfähigkeit des Wärmetauschers in Abhängigkeit der Temperatur des Kopplungselements steuern.According to a further embodiment, the particle beam system further comprises a controller which is configured to control the cooling performance of the heat exchanger. In particular, the controller can control the cooling capacity of the heat exchanger as a function of the temperature of the heat exchanger and / or as a function of the temperature of the gas (at the outlet). In embodiments that provide for the use of the cooling medium, the controller can control the cooling performance of the heat exchanger as a function of the temperature of the cooling medium. In embodiments that provide for the use of the coupling element, the controller can control the cooling performance of the heat exchanger as a function of the temperature of the coupling element.

Die Steuerung kann die Kühlleistungsfähigkeit des Wärmetauschers beispielsweise durch entsprechende Steuerung des Gasleitungsventils und/oder des Wärmetauscherdurchflussventils und/oder der das Kopplungselement kühlenden Kühlvorrichtung einstellen. Die Steuerung verwendet zur Einstellung der Kühlleistungsfähigkeit des Wärmetauschers beispielsweise die Temperatur des Wärmetauschers selbst, die mittels eines Temperatursensors erfasst werden kann. Zudem oder alternativ kann die Temperatur des Gases und/oder die Temperatur des Kühlmediums und/oder die Temperatur des Kopplungselements mittels eines entsprechenden Temperatursensors gemessen und zur Steuerung der Kühlleistungsfähigkeit des Wärmetauschers durch die Steuerung verwendet werden.The controller can adjust the cooling capacity of the heat exchanger, for example, by appropriate control of the gas line valve and / or the heat exchanger flow valve and / or the cooling device cooling the coupling element. To set the cooling capacity of the heat exchanger, the controller uses, for example, the temperature of the heat exchanger itself, which can be detected by means of a temperature sensor. In addition or as an alternative, the temperature of the gas and / or the temperature of the cooling medium and / or the temperature of the coupling element can be measured by means of a corresponding temperature sensor and used by the controller to control the cooling capacity of the heat exchanger.

Die Steuerung kann die Kühlleistungsfähigkeit des Wärmetauschers so steuern, dass die Temperatur des Wärmetauschers oder die Temperatur des Gases (am Auslass) einen vorbestimmten Wert anstrebt.The controller can control the cooling performance of the heat exchanger so that the temperature of the heat exchanger or the temperature of the gas (at the outlet) strives for a predetermined value.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Teilchenstrahlsystem ferner eine Positioniervorrichtung zum Einstellen der Position des Auslasses der Gasleitung in der Vakuumkammer. In dieser Ausführungsform kann der Auslass der Gasleitung durch die Positioniervorrichtung in der Vakuumkammer positioniert werden. Somit kann der Auslass der Gasleitung in der Nähe der Oberfläche der Probe und in der Nähe des Oberflächenbereichs der Probe angeordnet werden, auf welchen der Teilchenstrahl gerichtet wird.According to a further embodiment, the particle beam system further comprises a positioning device for adjusting the position of the outlet of the gas line in the vacuum chamber. In this embodiment, the outlet of the gas line can be positioned in the vacuum chamber by the positioning device. The outlet of the gas line can thus be arranged in the vicinity of the surface of the sample and in the vicinity of the surface area of the sample onto which the particle beam is directed.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen einer Probe in einer Vakuumkammer des Teilchenstrahlsystems; Bestrahlen eines Oberflächenabschnitts der in der Vakuumkammer angeordneten Probe mit einem Teilchenstrahl aus geladenen Teilchen; und Leiten eines Gases mit einer Temperatur von unter 0°C zu dem Oberflächenabschnitt der in der Vakuumkammer angeordneten Probe.According to a further aspect, the object is achieved by a method for operating a particle beam system, the method comprising: arranging a sample in a vacuum chamber of the particle beam system; Irradiating a surface portion of the sample arranged in the vacuum chamber with a particle beam of charged particles; and passing a gas at a temperature below 0 ° C to the surface portion of the sample placed in the vacuum chamber.

Vor, während und/oder nach dem Bestrahlen des Oberflächenabschnitts der Probe wird das Gas zu dem Oberflächenabschnitt der Probe geleitet. Das Gas kann ein inertes Gas, beispielsweise Stickstoff, oder ein reaktives Gas, beispielsweise Sauerstoff, sein. Die Temperatur des Gases kann niedriger als -50°C oder niedriger als -100°C oder niedriger als -150°C sein und je nach Temperatur der Probe gewählt werden.Before, during and / or after the irradiation of the surface section of the sample, the gas is conducted to the surface section of the sample. The gas can be an inert gas, for example nitrogen, or a reactive gas, for example oxygen. The temperature of the gas can be lower than -50 ° C or lower than -100 ° C or lower than -150 ° C and can be selected depending on the temperature of the sample.

Das Gas kann zu dem Oberflächenabschnitt mittels einer Gasleitung geleitet werden, wobei das Gas an einem Auslass der Gasleitung aus der Gasleitung zu dem Oberflächenabschnitt hin austritt. Die Temperatur des Gases kann sich auf die Temperatur des Gases am Auslass beziehen.The gas can be conducted to the surface section by means of a gas line, the gas exiting from the gas line to the surface section at an outlet of the gas line. The temperature of the gas can relate to the temperature of the gas at the outlet.

Mit diesem Verfahren kann eine kalte Probe, insbesondere eine Kryoprobe, mit dem Teilchenstrahlsystems untersucht und bearbeitet werden. Dabei entfaltet das Gas seine Wirkung, ohne die kalte Probe durch Erwärmung zu beschädigen.With this method, a cold sample, in particular a cryoprobe, can be examined and processed with the particle beam system. The gas unfolds its effect without damaging the cold sample through heating.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt die Temperatur des Gases beim Leiten zu dem Oberflächenabschnitt (d. h. am Auslass der Gasleitung) höchstens 50°C über der Temperatur der Probe, bevorzugt höchstens 20°C über der Temperatur der Probe, weiter bevorzugt höchstens 10°C über der Temperatur der Probe, noch weiter bevorzugt höchstens 5°C über der Temperatur der Probe. Alternativ ist die Temperatur des Gases beim Leiten zu dem Oberflächenabschnitt (d. h. am Auslass der Gasleitung) niedriger als die Temperatur der Probe. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Probe durch das Zuleiten des Gases nur geringfügig oder nicht erwärmt wird oder sogar gekühlt wird. Hierdurch kann eine Kryoprobe mit dem Teilchenstrahlsystem untersucht und bearbeitet werden und zudem vermieden werden, dass die Kryoprobe durch das Zuleiten des Gases erwärmt und beschädigt wird.According to a further embodiment, the temperature of the gas when it is directed to the surface section (ie at the outlet of the gas line) is at most 50 ° C above the temperature of the sample, preferably at most 20 ° C above the temperature of the sample, more preferably at most 10 ° C above Temperature of the sample, even more preferably at most 5 ° C. above the temperature of the sample. Alternatively, the temperature of the gas when it is conveyed to the surface section (ie at the outlet of the gas line) is lower than the temperature of the sample. This ensures that the sample is only slightly heated, or not heated, or even cooled by the gas being fed in. As a result, a cryoprobe can be examined and processed with the particle beam system and can also be avoided that the cryoprobe is heated and damaged by the supply of the gas.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Temperatur der Probe niedriger als 0°C oder niedriger als -50°C oder niedriger als -100°C oder niedriger als -150°C. Die angegebene Temperatur wird insbesondere während des Bestrahlens mit dem Teilchenstrahl und/oder während des Leitens des Gases zu dem Oberflächenabschnitt erreicht. Dies sind übliche Temperaturen für kalte Proben und für Kryoproben. Um die Temperatur der Probe während der Untersuchung und Bearbeitung mit dem Teilchenstrahlsystem niedrig zu halten oder die Probe zu kühlen, kann die Probe mit dem Gas oder mit einer Probenkühlvorrichtung gekühlt werden. Beispielsweise kann die Probe durch einen gekühlten Probenhalter, einen Kühlfinger, eine Kaltfläche, ein Peltierelement oder dergleichen gekühlt werden. Die Probe kann dabei auf eine vorbestimmte probenspezifische Temperatur temperiert werden.According to a further embodiment, the temperature of the sample is lower than 0 ° C or lower than -50 ° C or lower than -100 ° C or lower than -150 ° C. The specified temperature is reached in particular during the irradiation with the particle beam and / or while the gas is being conducted to the surface section. These are common temperatures for cold samples and for cryosamples. In order to keep the temperature of the sample low during the examination and processing with the particle beam system or to cool the sample, the sample can be cooled with the gas or with a sample cooling device. For example, the sample can be cooled by a cooled sample holder, a cold finger, a cold surface, a Peltier element or the like. The sample can be tempered to a predetermined sample-specific temperature.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner Kühlen des Gases in der Vakuumkammer mittels eines Wärmetauschers. Der Wärmetauscher selbst kann wie vorangehend beschrieben mittels eines Kühlmediums oder mittels eines Kopplungselements gekühlt werden. Durch das Kühlen des Gases hat das Gas eine Temperatur, die so gering ist, dass Kryoproben durch das Gas nicht beschädigt werden und das Gas dennoch seine Wirkung entfalten kann. Zudem muss das Gas an sich nicht kalt bereitgestellt werden, da es vor dem Auslass gekühlt wird. Das Kühlen des Gases erfolgt innerhalb der Vakuumkammer. Hierdurch wird erreicht, dass das Gas zwischen dem Kühlen des Gases und dem Zuführen zu dem Oberflächenabschnitt der Probe nicht oder nur geringfügig durch die Umgebung erwärmt wird.According to a further embodiment, the method further comprises cooling the gas in the vacuum chamber by means of a heat exchanger. As described above, the heat exchanger itself can be cooled by means of a cooling medium or by means of a coupling element. By cooling the gas, the gas has a temperature which is so low that cryosamples are not damaged by the gas and the gas can still develop its effect. In addition, the gas itself does not have to be provided cold, as it is cooled before it is discharged. The gas is cooled within the vacuum chamber. This ensures that the gas is not or only slightly heated by the environment between the cooling of the gas and the supply to the surface section of the sample.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Leiten eines Kühlmediums zu dem Wärmetauscher in einer Zuleitung, welche eine Kammerwand der Vakuumkammer durchsetzt, wobei das Kühlmedium eine Temperatur hat, die niedriger als -50°C oder niedriger als -100°C oder niedriger als -150°C ist. According to a further embodiment, the method further comprises: conducting a cooling medium to the heat exchanger in a supply line which passes through a chamber wall of the vacuum chamber, the cooling medium having a temperature which is lower than -50 ° C. or lower than -100 ° C. or lower than -150 ° C.

Dementsprechend wird das Kühlmedium bereits mit geringer Temperatur innerhalb der Zuleitung in die Vakuumkammer geleitet. Das Kühlmedium kann gasförmig oder flüssig sein. Das Kühlmedium kann ein inertes Gas, beispielsweise Stickstoff, sein.Accordingly, the cooling medium is already conducted into the vacuum chamber within the supply line at a low temperature. The cooling medium can be gaseous or liquid. The cooling medium can be an inert gas, for example nitrogen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Leiten des Gases in einer Gasleitung, welche eine Kammerwand der Vakuumkammer durchsetzt, wobei das Gas beim Durchsetzen der Kammerwand eine Temperatur hat, die höher als die Temperatur des Gases beim Leiten zu dem Oberflächenabschnitt (d. h. am Auslass der Gasleitung) ist. Insbesondere ist die Temperatur des Gases beim Durchsetzen der Kammerwand höher als 0°C.According to a further embodiment, the method further comprises: passing the gas in a gas line which passes through a chamber wall of the vacuum chamber, the gas when passing through the chamber wall having a temperature which is higher than the temperature of the gas when passing to the surface section (ie at the outlet the gas pipe). In particular, the temperature of the gas when it penetrates the chamber wall is higher than 0 ° C.

In dieser Ausführungsform wird das Gas außerhalb der Vakuumkammer bereitgestellt und hat dabei eine Temperatur, die höher als die Temperatur des Gases am Auslass der Gasleitung in der Vakuumkammer ist. Beispielsweise ist die Temperatur des Gases außerhalb der Vakuumkammer bzw. beim Durchsetzen der Kammerwand der Vakuumkammer in der Gasleitung höher als 0°C oder beträgt etwa Raumtemperatur zwischen 15°C und 30°C. Das bezogen auf die Temperatur am Auslass der Gasleitung warme Gas wird in der Gasleitung durch die Kammerwand der Vakuumkammer geleitet und dem Wärmetauscher zugeleitet, wo es gekühlt wird. Das hierdurch gekühlte Gas wird durch den Auslass der Gasleitung zu dem gewünschten Oberflächenabschnitt geleitet.In this embodiment, the gas is provided outside the vacuum chamber and has a temperature which is higher than the temperature of the gas at the outlet of the gas line in the vacuum chamber. For example, the temperature of the gas outside the vacuum chamber or when passing through the chamber wall of the vacuum chamber in the gas line is higher than 0 ° C or is approximately room temperature between 15 ° C and 30 ° C. The gas, which is warm in relation to the temperature at the outlet of the gas line, is passed in the gas line through the chamber wall of the vacuum chamber and fed to the heat exchanger, where it is cooled. The gas cooled in this way is passed through the outlet of the gas line to the desired surface section.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Bereitstellen des Gases durch einen Teil eines Kühlmediums, welches dem Wärmetauscher zum Kühlen des Gases in der Vakuumkammer zugeführt wird; und Rückleiten eines anderen Teils des Kühlmediums aus der Vakuumkammer in einer Rückleitung, welche eine Kammerwand der Vakuumkammer durchsetzt. Das Gas kann vor oder nach dem Kühlen aus dem Kühlmedium abgezweigt werden.According to an alternative embodiment, the method further comprises: providing the gas by part of a cooling medium which is supplied to the heat exchanger for cooling the gas in the vacuum chamber; and returning another part of the cooling medium from the vacuum chamber in a return line which passes through a chamber wall of the vacuum chamber. The gas can be branched off from the cooling medium before or after cooling.

In dieser Ausführungsform wird das Gas durch das Kühlmedium selbst oder einen Teil davon bereitgestellt. Beispielsweise wird aus der Zuleitung oder Rückleitung der zuvor beschriebenen Gaszuleitungsvorrichtung ein Teil des Kühlmediums in die Gasleitung abgezweigt. Dieser Teil dient dann als das Gas. Dies bedeutet auch, dass das Kühlmedium gasförmig ist. Im Allgemeinen ist die Durchflussrate des Kühlmediums durch die Vakuumkammer in der Zuleitung/Rückleitung sehr viel größer als die Durchflussrate des Gases durch den Auslass der Gasleitung. Dementsprechend wird in der Regel nur ein Teil des Kühlmediums abgezweigt, um das Gas bereitzustellen. Der übrige Teil oder ein anderer Teil des Kühlmediums wird wieder aus der Vakuumkammer geleitet und zwar in einer Rückleitung, die eine Kammerwand der Vakuumkammer durchsetzt. Es ist daher nicht erforderlich, eine separate Gasleitung zum Bereitstellen des Gases vorzusehen, welche die Kammerwand der Vakuumkammer durchsetzt.In this embodiment, the gas is provided by the cooling medium itself or a part thereof. For example, part of the cooling medium is branched off into the gas line from the feed line or return line of the gas feed device described above. This part then serves as the gas. This also means that the cooling medium is gaseous. In general, the flow rate of the cooling medium through the vacuum chamber in the supply / return line is very much greater than the flow rate of the gas through the outlet of the gas line. Accordingly, only part of the cooling medium is branched off in order to provide the gas. The remaining part or another part of the cooling medium is passed out of the vacuum chamber again in a return line which passes through a chamber wall of the vacuum chamber. It is therefore not necessary to provide a separate gas line for providing the gas which passes through the chamber wall of the vacuum chamber.

Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Kühlen des Wärmetauschers durch ein Kopplungselement, welches eine Kammerwand der Vakuumkammer durchsetzt und durch eine außerhalb der Vakuumkammer angeordnete Kühlvorrichtung gekühlt wird. In dieser Ausführungsform wird der in der Vakuumkammer angeordnete Wärmetauscher durch ein Kopplungselement gekühlt, das wiederum selbst durch eine Kühlvorrichtung gekühlt wird, die außerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist. Die Kühlung des Gases wird daher mittelbar durch das Kopplungselement bewirkt, das im festen Aggregatszustand ist und die Kammerwand der Vakuumkammer durchsetzt.According to a further alternative embodiment, the method further comprises: cooling the heat exchanger by a coupling element which penetrates a chamber wall of the vacuum chamber and is cooled by a cooling device arranged outside the vacuum chamber. In this Embodiment, the arranged in the vacuum chamber heat exchanger is cooled by a coupling element, which in turn is cooled by a cooling device that is arranged outside the vacuum chamber. The cooling of the gas is therefore brought about indirectly by the coupling element, which is in the solid state of aggregation and penetrates the chamber wall of the vacuum chamber.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, welches computerlesbare Anweisungen umfasst, die, wenn sie von einer Steuerung eines Teilchenstrahlsystems ausgeführt werden, das Teilchenstrahlsystem dazu veranlassen, die hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Das Teilchenstrahlsystem kann eines der hierein beschriebenen Teilchenstrahlsysteme sein.Another aspect of the present invention relates to a computer program product which comprises computer-readable instructions which, when executed by a controller of a particle beam system, cause the particle beam system to carry out the methods described herein. The particle beam system can be one of the particle beam systems described herein.

Das Computerprogrammprodukt kann ein Computerprogramm sein, welches auf einem Informationsträger körperlich realisiert ist. Ein Informationsträger kann beispielsweise ein maschinenlesbares Speichermedium sein. Alternativ kann das Computerprogramm durch ein Signal realisiert sein, welches von einer Datenverarbeitungsvorrichtung, insbesondere einer Steuerung, einem Prozessor, einem Computer oder mehreren Computern, empfangen, gespeichert und verarbeitet werden kann.The computer program product can be a computer program which is physically implemented on an information carrier. An information carrier can, for example, be a machine-readable storage medium. Alternatively, the computer program can be implemented by a signal which can be received, stored and processed by a data processing device, in particular a controller, a processor, a computer or a plurality of computers.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.

  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlsystems mit einer Gaszulei tungsvorrich tung.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Gaszulei tungsvorrich tung.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform einer Gaszuleitungsvorrichtung.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform einer Gaszuleitungsvorrichtung.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Teilchenstrahlsystems mit der in 1 gezeigten Gaszuleitungsvorrichtung.
Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to figures.
  • 1 shows a schematic representation of a particle beam system with a gas supply device.
  • 2 shows a schematic representation of a further embodiment of a gas supply device.
  • 3 shows a schematic representation of yet another embodiment of a gas supply device.
  • 4th shows a schematic representation of yet another embodiment of a gas supply device.
  • 5 shows a schematic representation of a further particle beam system with the in 1 shown gas supply device.

1 zeigt ein beispielhaftes Teilchenstrahlsystem 1, welches zur Durchführung der hierin beschriebenen Verfahren, insbesondere zur Analyse und/oder Bearbeitung einer Probe 5 geeignet ist. 1 shows an exemplary particle beam system 1 , which is used to carry out the method described herein, in particular for analyzing and / or processing a sample 5 suitable is.

Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst eine Teilchenstrahlsäule 3. Die Teilchenstrahlsäule 3 umfasst eine Teilchenquelle 7, welche dazu konfiguriert ist, einen Teilchenstrahl 9 zu erzeugen. Der Teilchenstrahl 9 wird beispielsweise aus Elektronen oder Ionen gebildet.The particle beam system 1 comprises a particle beam column 3 . The particle beam column 3 includes a particle source 7th , which is configured to generate a particle beam 9 to create. The particle beam 9 is formed from electrons or ions, for example.

Die Teilchenstrahlsäule 3 umfasst ferner eine Unterdrückungselektrode 11, welche mit einem elektrischen Potenzial so beaufschlagt werden kann, dass nur solche von der Teilchenquelle 7 erzeugte Teilchen eine Öffnung 13 in der Unterdrückungselektrode 11 passieren können, deren kinetische Energie ausreichend groß ist.The particle beam column 3 further comprises a suppression electrode 11 , to which an electrical potential can be applied so that only those from the particle source 7th particles created an opening 13th in the suppression electrode 11 can happen whose kinetic energy is sufficiently large.

Die Teilchenstrahlsäule 3 umfasst ferner eine Beschleunigungselektrode 15, welche mit einem elektrischen Potenzial beaufschlagt werden kann, um die die Öffnung 13 der Unterdrückungselektrode 11 passierenden Teilchen auf eine vorbestimmte kinetische Energie zu beschleunigen.The particle beam column 3 further comprises an accelerating electrode 15th , to which an electrical potential can be applied, around which the opening 13th the suppression electrode 11 to accelerate passing particles to a predetermined kinetic energy.

Die Teilchenstrahlsäule 3 umfasst ferner eine teilchenoptische Linse 17, welche geeignet ist, den Teilchenstrahl 9 auf die Probe 5 zu fokussieren.The particle beam column 3 further comprises a particle optical lens 17th which is suitable, the particle beam 9 to the test 5 to focus.

Die Teilchenstrahlsäule 3 umfasst ferner ein Deflektorensystem 19, welches geeignet ist, den Teilchenstrahl 9 abzulenken, so dass der Teilchenstrahl 9 auf verschiedene Orte auf der Oberfläche der Probe 5 gerichtet werden kann. Das Deflektorensystem 19 kann dazu geeignet sein, den Teilchenstrahl 9 entlang zweier senkrecht zueinander orientierter Richtungen abzulenken, die jeweils wiederum senkrecht zu einer Hauptachse 21 der teilchenoptische Linse 17 orientiert sind.The particle beam column 3 further comprises a deflector system 19th , which is suitable, the particle beam 9 deflect so that the particle beam 9 at different locations on the surface of the sample 5 can be directed. The deflector system 19th can be suitable for this, the particle beam 9 deflect along two mutually perpendicular directions, each in turn perpendicular to a main axis 21 the particle-optical lens 17th are oriented.

Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner eine Steuerung 23, welche dazu geeignet ist, die Teilchenstrahlsäule 3 zu steuern. Die Steuerung 23 ist dazu konfiguriert, die Teilchenquelle 7, das an die Unterdrückungselektrode 11 angelegte elektrische Potenzial, das an die Beschleunigungselektrode 15 angelegte elektrische Potenzial, das Deflektorensystem 19 und die teilchenoptische Linse 17 zu steuern.The particle beam system 1 further comprises a controller 23 which is suitable for this, the particle beam column 3 to control. The control 23 is configured to be the particle source 7th attached to the suppression electrode 11 applied electrical potential applied to the accelerating electrode 15th applied electrical potential, the deflector system 19th and the particle optic lens 17th to control.

Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner einen Detektor 25, welcher dazu geeignet ist, durch Wechselwirkung des Teilchenstrahls 9 mit der Probe 5 erzeugte Teilchen 27 zu detektieren. Die Teilchen 27 können insbesondere rückgestreute Elektronen, Sekundärelektronen, rückgestreute Ionen oder Sekundärionen sein. Der Detektor 25 kann außerhalb oder innerhalb der Teilchenstrahlsäule 3 angeordnet sein. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist der Detektor 25 in der Vakuumkammer 29 angeordnet.The particle beam system 1 further comprises a detector 25th which is suitable for this by interaction of the particle beam 9 with the sample 5 generated particles 27 to detect. The particles 27 can in particular be backscattered electrons, secondary electrons, backscattered ions or secondary ions. The detector 25th can be outside or inside the particle beam column 3 be arranged. In the in 1 The example shown is the detector 25th in the vacuum chamber 29 arranged.

Der Detektor 25 ist dazu geeignet, ein Detektionssignal auszugeben, welches die Menge und/oder die Energie der detektierten Teilchen 27 repräsentiert. Die Steuerung 23 kann das Detektionssignal von dem Detektor 25 empfangen und verarbeiten und beispielsweise auf einer Anzeigevorrichtung darstellen.The detector 25th is suitable for outputting a detection signal which indicates the amount and / or the energy of the detected particles 27 represents. The control 23 can get the detection signal from the detector 25th receive and process and display, for example, on a display device.

Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner eine Vakuumkammer 29. Die Vakuumkammer 29 weist eine Kammerwand 31 auf, die die Vakuumkammer 29 räumlich begrenzt. In der Vakuumkammer 29 kann ein Vakuum erzeugt werden, beispielsweise durch eine Vakuumpumpe 33, die mit der Vakuumkammer 29 über eine Leitung 35 verbunden ist. Die Vakuumkammer 29 ist mit der Teilchenstrahlsäule 3 verbunden und weist eine Öffnung 37 auf, durch welche der Teilchenstrahl 9 in die Vakuumkammer 29 eintreten kann.The particle beam system 1 further comprises a vacuum chamber 29 . The vacuum chamber 29 has a chamber wall 31 on that the vacuum chamber 29 spatially limited. In the vacuum chamber 29 a vacuum can be generated, for example by a vacuum pump 33 that came with the vacuum chamber 29 over a line 35 connected is. The vacuum chamber 29 is with the particle beam column 3 connected and has an opening 37 on through which the particle beam 9 into the vacuum chamber 29 can occur.

In der Vakuumkammer 29, d. h. im Inneren der Vakuumkammer 29, ist ein Probentisch 41 angeordnet. Der Probentisch 41 dient dazu, die Probe 5 zu tragen, räumlich zu positionieren und zu orientieren. Der Probentisch 41 kann durch die Steuerung 23 gesteuert werden, so dass die Steuerung 23 die Probe 5 räumlich positionieren und orientieren kann.In the vacuum chamber 29 , ie inside the vacuum chamber 29 , is a rehearsal table 41 arranged. The sample table 41 serves to the sample 5 to carry, to position spatially and to orientate. The sample table 41 can through the controller 23 be controlled, so the controller 23 the sample 5 can position and orientate spatially.

Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner eine Gaszuleitungsvorrichtung 43. Die Gaszuleitungsvorrichtung 43 ist dazu konfiguriert, zu einem Oberflächenabschnitt der Probe 5 ein Gas 45 (dargestellt durch einen Pfeil) zu leiten. Das Gas 45 kann unterschiedliche Wirkungen haben. Beispielsweise dient das Gas 45 zur Ladungskompensation. Das Gas 45 kann als Prozessgas zum Abscheiden von Material an der Probe 5 oder zum Entfernen von Material von der Probe 5 dienen. Bei einigen Anwendungen wird das Gas 45 durch den Teilchenstrahl 9 aktiviert.The particle beam system 1 further comprises a gas supply device 43 . The gas supply device 43 is configured to be a surface portion of the sample 5 a gas 45 (represented by an arrow). The gas 45 can have different effects. For example, the gas is used 45 for charge compensation. The gas 45 can be used as a process gas for the deposition of material on the sample 5 or to remove material from the sample 5 to serve. In some applications the gas 45 through the particle beam 9 activated.

Die Gaszuleitungsvorrichtung 43 umfasst eine Gasleitung 47 mit einem Auslass 49. Die Gasleitung 47 dient dazu, das Gas zu dem Oberflächenabschnitt der Probe 5 zu leiten. Das Gas strömt im Inneren der Gasleitung 47 zu dem Auslass 49 und tritt dort aus der Gasleitung 47 aus. Das aus der Gasleitung 47 ausgetretene Gas 45 wird durch die Vakuumpumpe 33 aus dem Inneren der Vakuumkammer 29 gesaugt.The gas supply device 43 includes a gas line 47 with an outlet 49 . The gas pipe 47 serves to bring the gas to the surface portion of the sample 5 to direct. The gas flows inside the gas pipe 47 to the outlet 49 and comes out of the gas pipe there 47 the end. That from the gas pipe 47 leaked gas 45 is by the vacuum pump 33 from inside the vacuum chamber 29 sucked.

Der Auslass 49 ist in der Vakuumkammer 29 in der Nähe des Oberflächenabschnitts der Probe 5 angeordnet. Dementsprechend wird im Bereich des Oberflächenabschnitts der Probe 5, der mit dem Teilchenstrahl 9 bestrahlt wird, das Gas lokal begrenzt bereitgestellt. Somit kann beispielsweise eine Ladungskompensation bereitgestellt werden und das in der Vakuumkammer 29 erzeugte Vakuum wird nur geringfügig durch das Gas kontaminiert.The outlet 49 is in the vacuum chamber 29 near the surface portion of the sample 5 arranged. Accordingly, in the area of the surface section of the sample 5 , the one with the particle beam 9 is irradiated, the gas is locally limited. Thus, for example, charge compensation can be provided and that in the vacuum chamber 29 generated vacuum is only slightly contaminated by the gas.

Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ferner eine Positioniervorrichtung 39. Die Positioniervorrichtung 39 ist dazu konfiguriert, die Position des Auslasses 49 der Gasleitung 47 in der Vakuumkammer 29 einzustellen. Unter Verwendung der Positioniervorrichtung 39 kann der Auslass 49 auf den Oberflächenabschnitt der Probe 5 ausgerichtet werden.The particle beam system 1 further comprises a positioning device 39 . The positioning device 39 is configured to adjust the position of the outlet 49 the gas pipe 47 in the vacuum chamber 29 to adjust. Using the positioning device 39 can the outlet 49 on the surface portion of the sample 5 be aligned.

Zur Handhabung von Kryoproben, d. h. Proben mit einer Temperatur von weit unter 0°C, umfasst die Gaszuleitungsvorrichtung 43 ferner einen Wärmetauscher 51. Der Wärmetauscher 51 ist in der Vakuumkammer 29 angeordnet. Der Wärmetauscher 51 ist dazu konfiguriert, das in der Gasleitung 47 geleitete Gas 45 zu kühlen.For handling cryosamples, ie samples with a temperature far below 0 ° C., the gas supply device comprises 43 also a heat exchanger 51 . The heat exchanger 51 is in the vacuum chamber 29 arranged. The heat exchanger 51 is configured to do this in the gas line 47 piped gas 45 to cool.

Nachfolgend werden spezifische Details der Ausführungsform der in 1 gezeigten Gaszuleitungsvorrichtung 43 erläutert. Die 2 und 3 zeigen alternative Ausführungsformen der Gaszuleitungsvorrichtung.Specific details of the embodiment of FIG 1 shown gas supply device 43 explained. the 2 and 3 show alternative embodiments of the gas supply device.

Die Gaszuleitungsvorrichtung 43 umfasst eine Zuleitung 53, welche die Kammerwand 31 durchsetzt und dazu konfiguriert ist, ein Kühlmedium zum Kühlen des Gases 45 von einer außerhalb der Vakuumkammer 29 angeordneten Kühlmedium-Quelle 55 zu dem Wärmetauscher 51 zu leiten. Die Durchflussrate durch die Zuleitung 53 kann durch ein Zuleitungsventil 57 eingestellt werden. Das Zuleitungsventil 57 kann außerhalb oder innerhalb der Vakuumkammer 29 angeordnet sein. Das Zuleitungsventil 57 kann durch die Steuerung 23 gesteuert werden. Dementsprechend kann die Steuerung 23 die Durchflussrate des Kühlmediums durch die Zuleitung 53 unter Verwendung des Zuleitungsventils 57 einstellen.The gas supply device 43 includes a feed line 53 , which the chamber wall 31 penetrated and configured to have a cooling medium for cooling the gas 45 from one outside the vacuum chamber 29 arranged cooling medium source 55 to the heat exchanger 51 to direct. The flow rate through the supply line 53 can through a supply valve 57 can be set. The supply valve 57 can be outside or inside the vacuum chamber 29 be arranged. The supply valve 57 can through the controller 23 being controlled. Accordingly, the controller 23 the flow rate of the cooling medium through the supply line 53 using the supply valve 57 to adjust.

Die Gaszuleitungsvorrichtung 43 umfasst ferner eine die Kammerwand 31 durchsetzende Rückleitung 59. Die Rückleitung 59 ist dazu konfiguriert, das Kühlmedium von dem Wärmetauscher 51 zu einer außerhalb der Vakuumkammer 29 angeordneten Kühlmedium-Senke 61 zu leiten. Die Durchflussrate durch die Rückleitung 59 kann durch ein Rückleitungsventil 63 eingestellt werden. Das Rückleitungsventil 63 kann außerhalb oder innerhalb der Vakuumkammer 29 angeordnet sein. Das Rückleitungsventil 63 kann durch die Steuerung 23 gesteuert werden. Dementsprechend kann die Steuerung 23 die Durchflussrate des Kühlmediums durch die Rückleitung 59 unter Verwendung des Rückleitungsventils 63 einstellen.The gas supply device 43 further comprises the chamber wall 31 enforcing return line 59 . The return line 59 is configured to remove the cooling medium from the heat exchanger 51 to one outside the vacuum chamber 29 arranged cooling medium sink 61 to direct. The flow rate through the return line 59 can through a return valve 63 can be set. The return valve 63 can be outside or inside the vacuum chamber 29 be arranged. The return valve 63 can through the controller 23 being controlled. Accordingly, the controller 23 the flow rate of the cooling medium through the return line 59 using the return valve 63 to adjust.

Mit dem Zuleitungsventil 57 und dem Rückleitungsventil 63 kann die Kühlleistungsfähigkeit des Wärmetauschers 51 eingestellt werden. Es müssen jedoch nicht beide Ventile gemeinsam vorgesehen sein. In dieser Beschreibung werden das Zuleitungsventil 57 und das Rückleitungsventil 63 gemeinsam oder auch einzeln als Wärmetauscherdurchflussventil bezeichnet.With the supply valve 57 and the return valve 63 can improve the cooling efficiency of the heat exchanger 51 can be set. However, it is not necessary for both valves to be provided together. In this description, the supply valve 57 and the return valve 63 referred to collectively or individually as a heat exchanger flow valve.

In dem in 1 gezeigten Beispiel umfasst die Gaszuleitungsvorrichtung 43 ferner eine außerhalb der Vakuumkammer 29 angeordnete Gas-Quelle 65, die mit der Gasleitung 47 verbunden ist. Hierdurch kann das Gas aus der außerhalb der Vakuumkammer 29 angeordneten Gas-Quelle 65 in der Gasleitung 47 und über den Auslass 49 zu dem Oberflächenabschnitt der Probe 5 geführt werden. Die Durchflussrate des Gases durch die Gasleitung 47 kann mit einem Gasleitungsventil 67 eingestellt werden. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist das Gasleitungsventil 67 außerhalb der Vakuumkammer 29 angeordnet. Das Gasleitungsventil 67 kann jedoch auch in der Vakuumkammer 29 angeordnet sein. Das Gasleitungsventil 67 kann von der Steuerung 23 gesteuert werden. Dementsprechend kann die Steuerung 23 die Durchflussrate des Gases 45 durch die Gasleitung 47 unter Verwendung des Gasleitungsventils 67 einstellen.In the in 1 The example shown includes the gas supply device 43 also one outside the vacuum chamber 29 arranged gas source 65 that came with the gas pipe 47 connected is. This lets the gas out of the outside of the vacuum chamber 29 arranged gas source 65 in the Gas pipe 47 and via the outlet 49 to the surface portion of the sample 5 be guided. The flow rate of the gas through the gas line 47 can with a gas line valve 67 can be set. In the in 1 The example shown is the gas line valve 67 outside the vacuum chamber 29 arranged. The gas line valve 67 however, it can also be used in the vacuum chamber 29 be arranged. The gas line valve 67 can from the controller 23 being controlled. Accordingly, the controller 23 the flow rate of the gas 45 through the gas pipe 47 using the gas line valve 67 to adjust.

In der in 1 gezeigten Ausführungsform der Gaszuleitungsvorrichtung 43 bilden die Zuleitung 53, der Wärmetauscher 51 und die Rückleitung 59 einen innerhalb der Vakuumkammer 29 geschlossenen Strömungskanal für das Kühlmedium. Das bedeutet, dass das Kühlmedium ein in der Vakuumkammer 29 gebildetes Vakuum nicht kontaminiert, da das Kühlmedium aus dem Strömungskanal nicht austreten kann. Des Weiteren durchsetzt die Gasleitung 47 die Kammerwand 31 der Vakuumkammer 29. Die Gasleitung 47, die Zuleitung 53 und die Rückleitung 59 sind separate Leitungen.In the in 1 shown embodiment of the gas supply device 43 form the feed line 53 , the heat exchanger 51 and the return line 59 one inside the vacuum chamber 29 closed flow channel for the cooling medium. That means that the cooling medium is one in the vacuum chamber 29 formed vacuum is not contaminated, since the cooling medium cannot escape from the flow channel. It also penetrates the gas pipe 47 the chamber wall 31 the vacuum chamber 29 . The gas pipe 47 , the supply line 53 and the return line 59 are separate lines.

In der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst die Gaszuleitungsvorrichtung 43 ferner einen Temperatursensor 69, welcher dazu konfiguriert ist, die Temperatur des Wärmetauschers 51 zu messen. Ferner umfasst die Gaszuleitungsvorrichtung 43 einen Temperatursensor 71, welcher dazu konfiguriert ist, die Temperatur des Kühlmediums in der Zuleitung 53 zu messen. Ferner umfasst die Gaszuleitungsvorrichtung 43 einen Temperatursensor 73, welcher dazu konfiguriert ist, die Temperatur des Kühlmediums in der Rückleitung 59 zu messen. Obwohl in den Figuren nicht dargestellt kann die Gaszuleitungsvorrichtung 43 ferner einen Temperatursensor umfassen, welcher dazu konfiguriert ist, die Temperatur des Gases 45 in der Gasleitung 47 oder in der Nähe des Auslasses 49 zu messen. Die gemessenen Temperaturen können von der Steuerung 23 zur Steuerung der Kühlleistungsfähigkeit des Wärmetauschers 51 verwendet werden.In the in 1 The embodiment shown comprises the gas supply device 43 also a temperature sensor 69 , which is configured to measure the temperature of the heat exchanger 51 to eat. Furthermore, the gas supply device comprises 43 a temperature sensor 71 , which is configured to measure the temperature of the cooling medium in the supply line 53 to eat. Furthermore, the gas supply device comprises 43 a temperature sensor 73 , which is configured to measure the temperature of the cooling medium in the return line 59 to eat. Although not shown in the figures, the gas supply device 43 further comprise a temperature sensor which is configured to measure the temperature of the gas 45 in the gas pipe 47 or near the outlet 49 to eat. The measured temperatures can be taken from the controller 23 to control the cooling capacity of the heat exchanger 51 be used.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung einer Gaszuleitungsvorrichtung 43A. Die Gaszuleitungsvorrichtung 43A unterscheidet sich von der Gaszuleitungsvorrichtung 43 im Wesentlichen nur durch die folgenden Merkmale. Die Zuleitung 53A weist eine Abzweigung 75A auf, an welche die Gasleitung 47A angeschlossen ist. Die Abzweigung 75A ist in der Vakuumkammer 29 angeordnet. An der Abzweigung 75A teilt sich die Zuleitung 53A zum einen in die Gasleitung 47A und zum anderen in einen Zuleitungsabschnitt 77A auf. Das in dem Zuleitungsabschnitt 77A geführte Kühlmedium wird dem Wärmetauscher 51 zugeführt. 2 shows a schematic representation of a further embodiment of a gas supply device 43A . The gas supply device 43A differs from the gas supply device 43 essentially only by the following characteristics. The supply line 53A shows a junction 75A to which the gas pipe 47A connected. The junction 75A is in the vacuum chamber 29 arranged. At the junction 75A divides the supply line 53A on the one hand in the gas pipe 47A and on the other hand in a feed line section 77A on. That in the supply section 77A guided cooling medium is the heat exchanger 51 fed.

Das an der Abzweigung 75A in die Gasleitung 47A strömende Kühlmedium stellt das Gas bereit. Die Gasleitung 47A durchläuft, wie auch in 1 dargestellt, den Wärmetauscher 51, wodurch das in der Gasleitung 47A geführte Gas 45 gekühlt wird, bevor es durch den Auslass 49 der Gasleitung 47A zu dem Oberflächenabschnitt der Probe 5 geleitet wird.The one at the junction 75A into the gas pipe 47A flowing cooling medium provides the gas. The gas pipe 47A runs through, as well as in 1 shown, the heat exchanger 51 causing that in the gas pipe 47A led gas 45 is cooled before it passes through the outlet 49 the gas pipe 47A to the surface portion of the sample 5 is directed.

Im Unterschied zu der Ausführungsform der Gaszuleitungsvorrichtung 43 sind bei der Gaszuleitungsvorrichtung 43A der 2 lediglich zwei anstelle von drei Leitungen durch die Kammerwand 31 der Vakuumkammer 29 durchzuführen.In contrast to the embodiment of the gas supply device 43 are at the gas supply device 43A the 2 only two instead of three lines through the chamber wall 31 the vacuum chamber 29 perform.

3 zeigt eine schematische Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform einer Gaszuleitungsvorrichtung 43B. Die Gaszuleitungsvorrichtung 43B unterscheidet sich von der Gaszuleitungsvorrichtung 43A lediglich dadurch, dass die Gasleitung 47B an einer Abzweigung 79B in der Rückleitung 59B angeschlossen ist. Dementsprechend weist die Rückleitung 59B einen Rückleitungsabschnitt 81B auf, welcher das Kühlmedium von dem Wärmetauscher 51 zu der Abzweigung 79B führt. An der Abzweigung 79B wird das in dem Rückleitungsabschnitt 81B geführte Kühlmedium zum einen in die Gasleitung 47B und zum anderen in einen weiteren Rückleitungsabschnitt 83B geteilt. Der in die Gasleitung 47B eingeleitete Teil des Kühlmediums dient als das Gas 45. Der in den weiteren Rückleitungsabschnitt 83B geleitete Teil des Kühlmediums wird der Kühlmedium-Senke 61 zugeführt. 3 shows a schematic representation of yet another embodiment of a gas supply device 43B . The gas supply device 43B differs from the gas supply device 43A only by the fact that the gas pipe 47B at a junction 79B in the return line 59B connected. The return line points accordingly 59B a return section 81B on which the cooling medium from the heat exchanger 51 to the junction 79B leads. At the junction 79B becomes that in the return section 81B guided cooling medium on the one hand in the gas line 47B and on the other hand in a further return line section 83B divided. The one in the gas pipe 47B introduced part of the cooling medium serves as the gas 45 . The one in the further return section 83B The conducted part of the cooling medium becomes the cooling medium sink 61 fed.

Sowohl in dem in 2 gezeigten Zuleitungsabschnitt 77A als auch in dem in 3 gezeigten Rückleitungsabschnitt 81B kann ein Ventil zum Einstellen der Durchflussrate bereitgestellt sein. Wie in den beiden 2 und 3 gezeigt, ist die Abzweigung 75A, 79B in der Vakuumkammer 29 angeordnet.Both in the in 2 lead section shown 77A as well as in the in 3 return section shown 81B a valve for adjusting the flow rate may be provided. As in the two 2 and 3 shown is the junction 75A , 79B in the vacuum chamber 29 arranged.

Wie im Zusammenhang mit den 1 bis 3 erläutert, kann das Gas 45 in der Vakuumkammer 29 mittels eines Kühlmediums gekühlt werden. In den in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen wird die Kühlung des Gases 45 durch den Wärmetauscher 51 bewirkt, dem ein Kühlmedium zugeführt wird. Das Kühlmedium kann in der Zuleitung 53 durch die Kammerwand 31 mit einer Temperatur geleitet werden, die beispielsweise niedriger als -50°C oder niedriger als -100°C oder niedriger als -150°C ist.As in connection with the 1 until 3 explained, the gas can 45 in the vacuum chamber 29 be cooled by means of a cooling medium. In the in the 1 until 3 Embodiments shown is the cooling of the gas 45 through the heat exchanger 51 causes, to which a cooling medium is supplied. The cooling medium can be in the supply line 53 through the chamber wall 31 be conducted at a temperature that is, for example, lower than -50 ° C or lower than -100 ° C or lower than -150 ° C.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Gaszuleitungsvorrichtung 43C. Die Gaszuleitungsvorrichtung 43C unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Gaszuleitungsvorrichtung 43 im Wesentlichen nur dadurch, dass der Wärmetauscher 51 nicht durch ein Kühlmedium gekühlt wird, welches von außerhalb der Vakuumkammer 29 zu dem Wärmetauscher 51 geführt wird, sondern durch ein Kopplungselement 85 gekühlt wird. Die Kühlung des Wärmetauschers 51 durch das Kopplungselement 85 bewirkt mittelbar die Kühlung des Gases 45. 4th shows a schematic representation of a further embodiment of a gas supply device 43C . The gas supply device 43C differs from the in 1 shown gas supply device 43 essentially just by having the heat exchanger 51 is not cooled by a cooling medium that comes from outside the vacuum chamber 29 to the heat exchanger 51 is guided, but by a coupling element 85 is cooled. The cooling of the heat exchanger 51 through the coupling element 85 indirectly causes the cooling of the gas 45 .

Das Kopplungselement 85 ist mit dem Wärmetauscher 51 thermisch effizient leitend verbunden. Das Kopplungselement 85 erstreckt sich von dem Wärmetauscher 51 durch die Kammerwand 31 der Vakuumkammer 29 zu einer Kühlvorrichtung 87. Die Kühlvorrichtung 87 ist dazu konfiguriert, das Kopplungselement 85 zu kühlen. Die Kühlvorrichtung 87 kann durch eine einfache Kältequelle bereitgestellt sein, beispielsweise einen Dewar mit flüssigem Stickstoff. Die Kühlvorrichtung 87 kann auch durch einen Wärmetauscher mit Kühlmedium bereitgestellt sein, ähnlich den mit Bezug zu den 1 bis 3 dargestellten Beispielen.The coupling element 85 is with the heat exchanger 51 thermally efficiently connected. The coupling element 85 extends from the heat exchanger 51 through the chamber wall 31 the vacuum chamber 29 to a cooling device 87 . The cooler 87 is configured to use the coupling element 85 to cool. The cooler 87 can be provided by a simple cold source, for example a dewar with liquid nitrogen. The cooler 87 can also be provided by a heat exchanger with cooling medium, similar to those with reference to FIGS 1 until 3 examples shown.

Mit den in den 1 bis 4 dargestellten Gaszuleitungsvorrichtungen 43, 43A, 43B und 43C kann dem Oberflächenabschnitt der in der Vakuumkammer 29 angeordneten Probe 5 das Gas mit einer Temperatur zugeleitet werden, die niedriger als 0°C ist. Die Temperaturangabe bezieht sich beispielsweise auf die Temperatur des Gases 45 am Auslass 49 der Gasleitung. Das Gas 45 kann so bereitgestellt werden, dass die Temperatur beim Leiten zu dem Oberflächenabschnitt der Probe 5 (d. h. am Auslass 49 der Gasleitung 47) nur geringfügig über der Temperatur der Probe 5 liegt oder niedriger als die Temperatur der Probe 5 ist.With those in the 1 until 4th illustrated gas supply devices 43 , 43A , 43B and 43C can be the surface portion of the in the vacuum chamber 29 arranged sample 5 the gas must be supplied at a temperature lower than 0 ° C. The temperature specification relates, for example, to the temperature of the gas 45 at the outlet 49 the gas pipe. The gas 45 can be provided so that the temperature when conducting to the surface portion of the sample 5 (i.e. at the outlet 49 the gas pipe 47 ) only slightly above the temperature of the sample 5 is or lower than the temperature of the sample 5 is.

Die Probe 5 kann durch das Gas 45 gekühlt werden. Alternativ kann die Probe 5 durch ein anderes Mittel oder eine andere Vorrichtung bei einer geringen Temperatur von bis zu weit unter 0°C gehalten werden. Beispielsweise wird die Probe 5 mittels einer separaten Kühlung (nicht gezeigt) am Probentisch 41 gekühlt.The sample 5 can through the gas 45 be cooled. Alternatively, the sample 5 be maintained by some other means or device at a low temperature, down to well below 0 ° C. For example, the sample 5 by means of a separate cooling system (not shown) on the sample table 41 chilled.

Mit der in den 1 und 4 gezeigten Gaszuleitungsvorrichtung 43, 43C kann das Gas 45 in der Gasleitung 47 durch die Kammerwand 31 der Vakuumkammer 29 geleitet werden, wobei die Temperatur des Gases beim Durchsetzen der Kammerwand 31 höher als die Temperatur des Gases 45 beim Leiten zu dem Oberflächenabschnitt der Probe 5 (d. h. am Auslass 49 der Gasleitung 47) ist. Beispielsweise kann die Temperatur des Gases 45 beim Durchsetzen der Kammerwand 31 in der Gasleitung 47 eine Temperatur von mehr als 0°C oder Raumtemperatur haben. Das Gas wird dann durch den Wärmetauscher 51 auf die gewünschte Temperatur am Auslass 49 gekühlt.With the in the 1 and 4th shown gas supply device 43 , 43C can the gas 45 in the gas pipe 47 through the chamber wall 31 the vacuum chamber 29 are conducted, the temperature of the gas as it penetrates the chamber wall 31 higher than the temperature of the gas 45 when passing to the surface portion of the sample 5 (i.e. at the outlet 49 the gas pipe 47 ) is. For example, the temperature of the gas 45 when pushing through the chamber wall 31 in the gas pipe 47 have a temperature of more than 0 ° C or room temperature. The gas then passes through the heat exchanger 51 to the desired temperature at the outlet 49 chilled.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Teilchenstrahlsystems 101. Das Teilchenstrahlsystem 101 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Teilchenstrahlsystem 1 im Wesentlichen nur dadurch, dass das Teilchenstrahlsystem 101 mehrere Teilchenstrahlsäulen aufweist, die einen gemeinsamen Arbeitsbereich haben. In dem in 5 gezeigten Beispiel umfasst das Teilchenstrahlsystem 101 eine erste Teilchenstrahlsäule 103 und eine zweite Teilchenstrahlsäule 105. Beispielsweise ist die erste Teilchenstrahlsäule 103 eine Elektronenstrahlsäule und die zweite Teilchenstrahlsäule 105 ist eine Ionenstrahlsäule. Die Teilchenstrahlsäulen 103 und 105 können ähnlich der Teilchenstrahlsäule 3 der 1 konfiguriert sein. Die Teilchenstrahlsäulen 103 und 105 können von der Steuerung 23 gesteuert werden.
Die Probe 5 ist in dem gemeinsamen Arbeitsbereich der Teilchenstrahlsäulen 103 und 105 angeordnet. Daher können die von den beiden Teilchenstrahlsäulen 103 und 105 erzeugten Teilchenstrahlen 109 und 111 auf denselben Bereich der Probe 5 gerichtet werden, ohne dass die Probe 5 bewegt werden muss. 5 shows a schematic representation of a further particle beam system 101 . The particle beam system 101 differs from the one in 1 particle beam system shown 1 essentially only because the particle beam system 101 has several particle beam columns that have a common working area. In the in 5 The example shown includes the particle beam system 101 a first particle beam column 103 and a second particle beam column 105 . For example, is the first particle beam column 103 an electron beam column and the second particle beam column 105 is an ion beam column. The particle beam columns 103 and 105 can be similar to the particle beam column 3 the 1 configured. The particle beam columns 103 and 105 can from the controller 23 being controlled.
The sample 5 is in the common working area of the particle beam columns 103 and 105 arranged. Therefore, from the two particle beam columns 103 and 105 generated particle beams 109 and 111 on the same area of the sample 5 be directed without the sample 5 must be moved.

Die Gaszuleitungsvorrichtung 43 entspricht der in 1 gezeigten Gaszuleitungsvorrichtung. Jedoch können auch die anderen hierin beschriebenen Gaszuleitungsvorrichtungen, insbesondere die in den 2, 3 und 4 gezeigten Gaszuleitungsvorrichtungen 43A, 43B und 43C, anstelle oder in Kombination mit der Gaszuleitungsvorrichtung 43 eingesetzt werden.The gas supply device 43 corresponds to the in 1 shown gas supply device. However, the other gas supply devices described herein, in particular those in FIGS 2 , 3 and 4th gas supply devices shown 43A , 43B and 43C , instead of or in combination with the gas supply device 43 can be used.

Claims (19)

Teilchenstrahlsystem (1), umfassend: eine Vakuumkammer (29) mit einer Kammerwand (31); eine Teilchenstrahlsäule (3) zum Bestrahlen eines Oberflächenabschnitts einer in der Vakuumkammer (29) angeordneten Probe (5) mit einem Teilchenstrahl (9) aus geladenen Teilchen; eine Gaszuleitungsvorrichtung (43, 43A, 43B, 43C) zum Leiten eines Gases (45) zu dem Oberflächenabschnitt der in der Vakuumkammer (29) angeordneten Probe (5); wobei die Gaszuleitungsvorrichtung (43, 43A, 43B) umfasst: - eine Gasleitung (47, 47A, 47B) zum Leiten des Gases (45), wobei die Gasleitung (47, 47A, 47B) einen in der Vakuumkammer (29) angeordneten Auslass (49) aufweist; und - einen in der Vakuumkammer (29) angeordneten Wärmetauscher (51) zum Kühlen des in der Gasleitung (47, 47A, 47B) geleiteten Gases (45).Particle beam system (1) comprising: a vacuum chamber (29) with a chamber wall (31); a particle beam column (3) for irradiating a surface section of a sample (5) arranged in the vacuum chamber (29) with a particle beam (9) of charged particles; a gas supply device (43, 43A, 43B, 43C) for supplying a gas (45) to the surface portion of the sample (5) placed in the vacuum chamber (29); wherein the gas supply device (43, 43A, 43B) comprises: - A gas line (47, 47A, 47B) for conducting the gas (45), the gas line (47, 47A, 47B) having an outlet (49) arranged in the vacuum chamber (29); and - A heat exchanger (51) arranged in the vacuum chamber (29) for cooling the gas (45) conducted in the gas line (47, 47A, 47B). Teilchenstrahlsystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Gaszuleitungsvorrichtung (43, 43A, 43B) ferner umfasst: - eine die Kammerwand (31) durchsetzende Zuleitung (53, 53A) zum Leiten eines Kühlmediums von einer außerhalb der Vakuumkammer (29) angeordneten Kühlmedium-Quelle (55) zu dem Wärmetauscher (51), - eine die Kammerwand (31) durchsetzende Rückleitung (59, 59B) zum Leiten des Kühlmediums von dem Wärmetauscher (51) zu einer außerhalb der Vakuumkammer (29) angeordneten Kühlmedium-Senke (61), wobei das Kühlmedium dazu geeignet ist, das Gas (45) in dem Wärmetauscher (51) zu kühlen.Particle beam system (1) according to Claim 1 , wherein the gas supply device (43, 43A, 43B) further comprises: - a supply line (53, 53A) passing through the chamber wall (31) for conducting a cooling medium from an outside of the vacuum chamber (29) arranged cooling medium source (55) to the heat exchanger (51); (61), the cooling medium being suitable for cooling the gas (45) in the heat exchanger (51). Teilchenstrahlsystem (1) nach Anspruch 2, wobei die Gaszuleitungsvorrichtung (43, 43A, 43B) ferner umfasst: ein Wärmetauscherdurchflussventil (57, 63) zum Einstellen der Durchflussrate des Kühlmediums durch den Wärmetauscher (51).Particle beam system (1) according to Claim 2 wherein the gas supply device (43, 43A, 43B) further comprises: a heat exchanger flow valve (57, 63) for adjusting the flow rate of the cooling medium through the heat exchanger (51). Teilchenstrahlsystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Zuleitung (53), der Wärmetauscher (51) und die Rückleitung (59) einen innerhalb der Vakuumkammer (29) geschlossenen Strömungskanal für das Kühlmedium bilden.Particle beam system (1) according to Claim 2 or 3 , the feed line (53), the heat exchanger (51) and the return line (59) forming a flow channel for the cooling medium which is closed within the vacuum chamber (29). Teilchenstrahlsystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Zuleitung (53A) oder die Rückleitung (59B) eine Abzweigung (75A, 79B) aufweist, an welche die Gasleitung (47A, 47B) angeschlossen ist.Particle beam system (1) according to one of the Claims 2 until 4th , wherein the supply line (53A) or the return line (59B) has a branch (75A, 79B) to which the gas line (47A, 47B) is connected. Teilchenstrahlsystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Gaszuleitungsvorrichtung (43C) ferner umfasst: eine außerhalb der Vakuumkammer (29) angeordnete Kühlvorrichtung (87) zum Kühlen eines die Kammerwand (31) durchsetzenden Kopplungselements (85), welches mit dem Wärmetauscher (51) thermisch gekoppelt ist.Particle beam system (1) according to Claim 1 wherein the gas supply device (43C) further comprises: a cooling device (87) arranged outside the vacuum chamber (29) for cooling a coupling element (85) which penetrates the chamber wall (31) and is thermally coupled to the heat exchanger (51). Teilchenstrahlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Gasleitung (47) die Kammerwand (31) der Vakuumkammer (29) durchsetzt.Particle beam system (1) according to one of the Claims 1 until 6th , wherein the gas line (47) passes through the chamber wall (31) of the vacuum chamber (29). Teilchenstrahlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Gaszuleitungsvorrichtung (43, 43A, 43B, 43C) ferner umfasst: ein Gasleitungsventil (67) zum Einstellen der Durchflussrate des Gases (45) durch die Gasleitung (47).Particle beam system (1) according to one of the Claims 1 until 7th wherein the gas supply device (43, 43A, 43B, 43C) further comprises: a gas line valve (67) for adjusting the flow rate of the gas (45) through the gas line (47). Teilchenstrahlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend: eine Steuerung (23), welche dazu konfiguriert ist, die Kühlleistungsfähigkeit des Wärmetauschers (51) in Abhängigkeit der Temperatur des Wärmetauschers (51) und/oder in Abhängigkeit der Temperatur des Gases (45) zu steuern.Particle beam system (1) according to one of the Claims 1 until 8th , further comprising: a controller (23) which is configured to control the cooling performance of the heat exchanger (51) as a function of the temperature of the heat exchanger (51) and / or as a function of the temperature of the gas (45). Teilchenstrahlsystem (1) nach Anspruch 9, wobei die Steuerung (23) dazu konfiguriert ist, die Kühlleistungsfähigkeit des Wärmetauschers (51) so zu steuern, dass die Temperatur des Wärmetauschers (51) oder des Gases (45) einen vorbestimmten Wert anstrebt.Particle beam system (1) according to Claim 9 wherein the controller (23) is configured to control the cooling performance of the heat exchanger (51) so that the temperature of the heat exchanger (51) or the gas (45) seeks a predetermined value. Teilchenstrahlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend: eine Positioniervorrichtung (39) zum Einstellen der Position des Auslasses (49) der Gasleitung (47) in der Vakuumkammer (29).Particle beam system (1) according to one of the Claims 1 until 10 , further comprising: a positioning device (39) for adjusting the position of the outlet (49) of the gas line (47) in the vacuum chamber (29). Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlsystems (1), umfassend: Anordnen einer Probe (5) in einer Vakuumkammer (29) des Teilchenstrahlsystems (1); Bestrahlen eines Oberflächenabschnitts der in der Vakuumkammer (29) angeordneten Probe (5) mit einem Teilchenstrahl (9) aus geladenen Teilchen; Leiten eines Gases (45) mit einer Temperatur von unter 0°C zu dem Oberflächenabschnitt der in der Vakuumkammer (29) angeordneten Probe (5); und Kühlen des Gases (45) in der Vakuumkammer (29) mittels eines Wärmetauschers (51).A method for operating a particle beam system (1), comprising: Arranging a sample (5) in a vacuum chamber (29) of the particle beam system (1); Irradiating a surface section of the sample (5) arranged in the vacuum chamber (29) with a particle beam (9) of charged particles; Passing a gas (45) having a temperature of below 0 ° C. to the surface portion of the sample (5) arranged in the vacuum chamber (29); and Cooling the gas (45) in the vacuum chamber (29) by means of a heat exchanger (51). Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Temperatur des Gases (45) beim Leiten zu dem Oberflächenabschnitt höchstens 50°C über der Temperatur der Probe (5) liegt oder wobei die Temperatur des Gases (45) beim Leiten zu dem Oberflächenabschnitt niedriger als die Temperatur der Probe (5) ist.Procedure according to Claim 12 , wherein the temperature of the gas (45) when being conveyed to the surface section is at most 50 ° C above the temperature of the sample (5) or wherein the temperature of the gas (45) when being conveyed to the surface section is lower than the temperature of the sample (5) is. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Temperatur der Probe (5) während des Bestrahlens und/oder während des Zuleitens des Gases (45) niedriger als 0°C ist.Procedure according to Claim 12 or 13th , wherein the temperature of the sample (5) during the irradiation and / or while the gas (45) is being fed in is lower than 0 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, ferner umfassend: Leiten eines Kühlmediums zu dem Wärmetauscher (51) in einer Zuleitung (53), welche eine Kammerwand (31) der Vakuumkammer (29) durchsetzt, wobei das Kühlmedium eine Temperatur hat, die niedriger als -50°C ist.Method according to one of the Claims 12 until 14th , further comprising: conducting a cooling medium to the heat exchanger (51) in a supply line (53) which passes through a chamber wall (31) of the vacuum chamber (29), the cooling medium having a temperature which is lower than -50 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, ferner umfassend: Kühlen des Wärmetauschers (51) durch ein Kopplungselement (85), welches eine Kammerwand (31) der Vakuumkammer (29) durchsetzt und durch eine außerhalb der Vakuumkammer (29) angeordnete Kühlvorrichtung (87) gekühlt wird.Method according to one of the Claims 12 until 14th , further comprising: cooling the heat exchanger (51) by a coupling element (85) which penetrates a chamber wall (31) of the vacuum chamber (29) and is cooled by a cooling device (87) arranged outside the vacuum chamber (29). Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, ferner umfassend: Leiten des Gases (45) in einer Gasleitung (47), welche eine Kammerwand (31) der Vakuumkammer (29) durchsetzt, wobei das Gas (45) beim Durchsetzen der Kammerwand eine Temperatur hat, die höher als die Temperatur des Gases (45) beim Leiten zu dem Oberflächenabschnitt ist.Method according to one of the Claims 12 until 16 , further comprising: passing the gas (45) in a gas line (47) which passes through a chamber wall (31) of the vacuum chamber (29), wherein the gas (45) when passing through the chamber wall has a temperature which is higher than the temperature of the Gas (45) is in conducting to the surface portion. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, ferner umfassend: Bereitstellen des Gases (45) durch einen Teil eines Kühlmediums, welches dem Wärmetauscher (51) zum Kühlen des Gases (45) in der Vakuumkammer (29) zugeführt wird; und Rückleiten eines anderen Teils des Kühlmediums aus der Vakuumkammer (29) durch eine Rückleitung (59), welche eine Kammerwand (31) der Vakuumkammer (29) durchsetzt.Method according to one of the Claims 12 until 15th , further comprising: Providing the gas (45) by part of a cooling medium which is supplied to the heat exchanger (51) for cooling the gas (45) in the vacuum chamber (29); and returning another part of the cooling medium from the vacuum chamber (29) through a return line (59) which passes through a chamber wall (31) of the vacuum chamber (29). Computerprogrammprodukt, welches computerlesbare Anweisungen umfasst, die, wenn sie von einer Steuerung eines Teilchenstrahlsystems ausgeführt werden, das Teilchenstrahlsystem dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18 durchzuführen.Computer program product which comprises computer-readable instructions which, when executed by a controller of a particle beam system, cause the particle beam system to implement the method according to one of the Claims 12 until 18th perform.
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