JP2017502484A - 検査、テスト、デバッグ、及び表面の改変のための電子ビーム誘導プラズマプローブの適用 - Google Patents

Abstract

対象デバイスとのノンメカニカルの電気的接触を実現するために、電子ビーム誘導プラズマが用いられる。このプラズマ源は大気プラズマ源として言及され、非常に微細な直径且つ制御可能な特性のプラズマカラムを提供するように構成される。プラズマカラムは、大気に入るプラズマ源と対象デバイスとの間の大気空間を横断し、特徴的な電気信号がデバイスから収集されることができるように対象デバイスへの電路として動作する。さらに、プローブは、プラズマカラムへと流れるガスを制御することによって、表面の改変、エッチング、及び堆積に用いられることが可能である。【選択図】図１１

Description

本発明の様々な実施形態は、概して電子デバイスのノンメカニカルコンタクトプロービング並びにデバイス及び組織の表面の改変に関する。特に、種々の実施形態は測定及び表面の改変のための電子ビーム誘導プラズマプローブの適用に関する。

パターン構造においてメカニカルコンタクトを確立する必要なく電圧や電流を測定及び適用する能力は、半導体デバイス、例えば液晶や有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ、バックプレーン、及びプリント回路基板の機能（電気的）テストにとって重要であり、これは、ノンメカニカルコンタクトプローブが被試験デバイス・パネルの損傷の可能性を最小限化し、またテストスループットの向上に有利でもあるためである。

オルボテック社であるフォトンダイナミクス社のボルテージイメージング光学システム（ＶＩＯＳ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｉｍａｇｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ））は、被試験デバイス上の電場を光学センサによって撮影された光学情報に変換するための電子光学変換器を用いている。他の技術では、２次電子によって被試験デバイスの電圧が非直接的に測定され、デバイスが真空に配置されることが必要である。これらの手法は、通常、電圧測定向けであり、検査に必要な信号を駆動するためにデバイス周部のパッドに機械的に接触することを未だ必要とする。

ＯＬＥＤなどの新しい型の電流駆動デバイスとして発展するノンメカニカルプローブの必要性が高まっている。従来のＬＣＤなどの電圧駆動デバイスとは相対して、ＯＬＥＤを利用したフラットパネルディスプレイをアレイ製造後にテストする好適な方法は、特にセル保有の静電容量が小さいＯＬＥＤ構成において、電流を未封止のピクセル電極に非破壊的に通過させることによっておこなわれる。また、導電性プラズマに基づく別の型の検査方法が近年発展している。これらの方法の背後にある主要なコンセプトは、静的イオンの他に可動２次電子を含む指向性プラズマがノンメカニカルコンタクトプローブとして動作し得るということである。そのような「プラズマプローブ」手法のいくつかは以前に提案されている。これらは大きく２つのカテゴリに分けられ、１つのカテゴリは、高電離しきい値によって被試験デバイスのレーザ誘導性損傷を起こすリスクがあり得ることを示す高強度レーザ誘導電離をもとにしており、もう一方のカテゴリは、電離種が広範囲の散乱角（指向性制御はほとんどない）を有し、特にアーク発生に関連した損傷のリスクも示す高圧コロナ放電にもとづく。

膜や差動性ポンプ開口を用いる電子ビームイメージングシステムは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ））における生体・含水標本の電子ビーム特性評価又は生体サンプルへのＸ線回折目的で、電子ビームをガス環境内に伝播させるために用いられている。

半導体製造において、電子ビームを利用した最先端の検査及び位置合わせシステムは、真空における２次電子（ＳＥ（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ））及び／又は後方散乱電子（ＢＳＥ（ｂａｃｋ ｓｃａｔｔｅｒｅｄ ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ)）イメージングにその多くを依存する。この技術は大きな真空筐体及び複雑な電子光学系に関わり、システムの高コスト、広大な工場敷地、及び潜在的に影響されるスループットをもたらす。半導体製造に用いられる電子ビーム適用の例は、（ＩＣ製造工程の一部の工程段階における）ビアのショート検査のためのＳＥを用いた電圧コントラスト測定、後方散乱電子を用いた高アスペクト比特性（例えば深いトレンチやシリコン貫通ビア（ＴＳＶ））イメージング及び試料の位置合わせを含む。

過去に出願された特許文献１において、フラットパネルディスプレイをテストするための大気プラズマプローバが記載されている。さらなる研究により、同様又は類似するプラズマプローバを用い得る、本明細書に詳細に記載の追加出願に繋がった。

国際公開第２０１３／０１２６１６号

以下の発明の概要は、本発明の一部の態様及び特徴に対して基本的な理解を得るために含まれる。この発明の概要は、本発明の広範な概要ではなく、また本発明のキーになる若しくは重要な要素を具体的に特定すること、又は本発明の範囲を示すこと、を意図するものではない。その唯一の目的は、以下に示されるより詳細な説明の前置きとして、本発明のいくつかのコンセプトを単純化した形態で示すことである。

開示される種々の実施形態において、対象デバイスとのノンメカニカルの電気的接触を実現するために、電子ビーム誘導プラズマ（ｅＢＩＰ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｍａｓ））が用いられる。このプラズマ源は大気プラズマ源として言及され得り、微小直径且つ制御可能な特性のプラズマカラムを提供するように構成され得る。このプラズマカラムは、（膜又はピンホールを介した）大気に入るプラズマ源と対象デバイスとの間の大気空間を横切り、特徴的な電気信号がデバイスから収集されることができるように、対象デバイスへの電路として機能する。加えて、プラズマカラムへと流れるガスを制御することによって、プローブは表面の改変、エッチング及び堆積に用いられることができる。

開示される種々の実施形態において、電子ビームと生成プラズマとは複数の機能を共に又は連続的におこなうために用いられる。例として、電子ビームは、プラズマを発生且つ維持するため、また例えば試料内に電子正孔対を生成するなど対象試料を刺激するためにも用いられる。そして、駆動電子ビームにより維持される導電プラズマは電気信号を外部測定装置へとわたすように用いられ、電子ビームの刺激により発生した電流量用のセンサが提供される。この方法を用いて、刺激と感知が原位置でおこなわれる、つまり電流は発生したその場所で収集され、閉ループ処理を形成する。

開示される態様では、大気プラズマ装置が提供され、該装置は、該装置の第１の側にオリフィスを備えた真空筐体と、真空筐体内に配置され、且つ電子抽出開口部を備えた電子源と、抽出開口部の近傍に配置され、また前記電子源から電子を抽出して電子ビームを形成し、該電子ビームを前記オリフィスを介して方向づけるように構成された抽出器と、オリフィスを被覆するように配置されて、導電性を備え且つ導電性ラインが取り付けられた開口プレートと、を含み、電子ビームは、オリフィスの直径よりも小さい直径を有するように構成され、またプラズマのカラムを維持するために、開口部を出ると大気を電離するように構成され、開口プレートは、電子ビームが開口を通過するときに電子ビームの直径が開口プレートによって減縮されるように、電子ビームの直径よりも小さい直径の開口を備える。

さらなる態様において、試料の電圧コントラストイメージングをおこなうための方法が提示され、該方法は、真空筐体内の電子源から電子ビームを抽出するステップと、電子ビームを真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させて、電離種のカラムを生成するように電子ビーム周囲のガス分子を電離するステップと、電子ビームの雰囲気ガスへの入射点と対向して配置された試料の選択領域にわたって、電子ビームを走査させるステップと、プラズマに電圧電位を印加して試料から収集電極への電子電流を駆動するステップと、収集電極と試料との間を流れる電子電流量を測定するステップと、選択領域の各位置で測定された電子電流量を用いてイメージを生成し、該イメージをモニタに表示するステップとを含む。さらに該方法は、試料における欠陥を検出するためにイメージ又は測定された電流を使用するステップを含み得る。

開示される他の態様において、電子ビーム誘導プラズマプローブを用いて次元的位置合わせをおこなうための方法が提示され、該方法は、真空筐体内の電子源から電子ビームを抽出するステップと、電子ビームを真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させて、電離種のカラムを生成するように電子ビーム周囲のガス分子を電離し、プラズマプローブを形成するステップと、電子ビームの雰囲気ガスへの入射点と対向して配置された試料の選択領域にわたって、プラズマプローブを走査させるステップと、プラズマに電圧電位を印加して試料から収集電極への電子電流を駆動するステップと、収集電極と試料との間を流れる電子電流量を測定するステップと、電子電流の測定を用いて、プラズマプローバの垂直位置合わせを決定するステップとを含む。該方法は、試料から散乱した後方散乱電子を測定し、後方散乱電子の測定を使用してプラズマプローブの横方向の位置合わせを決定し、３次元位置合わせをおこなうステップをさらに含むとよい。一部の態様では、位置合わせはＬＥＤ，ＯＬＥＤ、又はＬＣＤアレイテストをおこなうために用いられる。

またさらなる態様において、電子ビーム誘導プラズマプローブを用いて試料の材料組成プロファイルを検査するための方法が提示され、該方法は、真空筐体内の電子源から電子ビームを抽出するステップと、電子ビームを真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させて、プラズマプローブを形成する電離種のカラムを生成するように電子ビーム周囲のガス分子を電離するステップと、電子ビームの雰囲気ガスへの入射点と対向して配置された試料の選択領域にわたって、プラズマプローブを走査させるステップと、プラズマに電圧電位を印加して試料から収集電極への電子電流を駆動するステップと、収集電極から試料に、又は試料から収集電極に流れる電子電流量を測定するステップと、試料のトポグラフィ特性によってもたらされた電子電流の測定における変化の逆畳み込みをおこなうステップと、測定された電子電流の逆畳み込みされた変化を用いて、試料の材料組成における変化を測定するステップとを含む。

他の態様において、電子ビームプラズマプローバを用いて試料のトポグラフィを測定するための方法が提示され、該方法は、真空筐体内の電子源から電子ビームを抽出するステップと、電子ビームを真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させて、プラズマプローブを形成する電離種のカラムを生成するように電子ビーム周囲のガス分子を電離するステップと、電子ビームの雰囲気ガスへの入射点と対向して配置された試料の選択領域に、プラズマプローブを走査させるステップと、プラズマに電圧電位を印加して試料から収集電極への電子電流を駆動するステップと、収集電極から試料に、又は試料から収集電極に流れる電子電流量を測定するステップと、試料の材料組成によってもたらされた電子電流の測定における変化の逆畳み込みをおこなうステップと、測定された電子電流の逆畳み込みされた変化を用いて、試料のトポグラフィにおける変化を測定するステップとを含む。

さらなる態様では、試料におけるビア（即ち、孔）と柱とである高アスペクト比構造を検査するための方法が提示される。ビアはオープンの充填されていない孔であるか、又はその他の材料で充填された孔であり得る。この方法は、真空筐体内の電子源から電子ビームを抽出するステップと、電子ビームを真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させて、プラズマプローブを形成する電離種のカラムを生成するように電子ビーム周囲のガス分子を電離するステップと、電子ビームの雰囲気ガスへの入射点と対向して配置された試料の選択領域に、プラズマプローブを走査させるステップと、高アスペクト比構造の試料の選択領域に、プラズマプローブを走査させるステップと、プラズマに電圧電位を印加して試料から収集電極への電子電流を駆動するステップと、収集電極から試料に、又は試料から収集電極に流れる電子電流量を測定するステップと、選択領域の各ピクセルにおいて測定された電子電流量を用いてイメージを生成し、モニタ上にイメージを表示するステップとを含む。高アスペクト比部分の測定は、生成された信号を高アスペクト比部分の高さ又は深さで較正して、該部分の深さ又は高さの測定をすることによっておこなわれるとよい。該方法は、測定電流に基づいて、検査される高アスペクト比構造における欠陥又は工程逸脱を検出するステップをさらに含むとよい。

その他の態様において、試料における包埋された欠陥の大気電子ビーム誘導電流測定をおこなうための方法が提示され、該方法は、電子源から電子ビームを抽出するステップと、電子ビームを真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させて、電離種のカラムを生成するように電子ビーム周囲のガス分子を電離するステップと、電子ビームの雰囲気ガスへの入射点と対向して配置された試料の選択領域にわたって電子ビームを走査させて、試料において電子正孔対を生成するステップと、プラズマプローブのカラムを用いて試料から電流を収集するステップと、試料から流れる電流量を測定するステップとを含む。該方法は、プラズマにガスを制御可能に注入することをさらに含むとよい。

さらなる態様において、ニューロン興奮のための方法が提示され、該方法は、規定の直径を有する電子ビームを電子源から抽出するステップと、電子ビームを真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させて、電離種のカラムを生成するように電子ビーム周囲のガス分子を電離するステップと、選択されたニューロンに電離種を方向づけるステップとを含む。

さらなる態様において、金属の３Ｄプリントのための方法が提示され、該方法は、数１０ｋｅＶまでのエネルギーであり、規定の直径を有する電子ビームを電子源から抽出するステップと、電子ビームを真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させて、プラズマプローブを形成する電離種のカラムを生成するように電子ビーム周囲のガス分子を電離するステップと、プラズマを使用して印加のために表面を準備するステップと、スパッタリングされた金属粒子、微細金属粉末、又は金属細線を１次電子ビームを用いて溶融して、事前設計されたパターンに基づいて層を堆積させるステップと、上記処理を繰り返して、延長領域及び複数の垂直層にプリント動作をおこなうステップとを含む。電子ビームは、電磁レンズ又は移動ステージを用いて走査されるとよい。３Ｄプリント装置は、ＣＡＤ対応コンピュータに接続され、該コンピュータによって制御されるとよい。該方法は、プリント試料の選択領域に電離種を方向づけて、プリント試料に添加要素を付着させるステップを含むとよい。

またさらなる態様において、生組織を処置するための方法が提示され、該方法は、規定の直径を有する電子ビームを電子源から抽出するステップと、電子ビームを真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させて、電離種のカラムを生成するように電子ビーム周囲のガス分子を電離するステップと、雰囲気ガス内に出るときに電子ビームの横方向のサイズを操作するステップと、プラズマ電離種を生組織の選択領域に方向づけるステップとを含む。処理は、治療的適用、滅菌、除染、創傷治癒、血液凝固、がん細胞処置のうちの１つを含むとよい。

他の態様において、試料の表面特性を改変するための方法が含まれ、該方法は、規定の直径を有する電子ビームを電子源から抽出するステップと、電子ビームを真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させて、プラズマプローブを形成する電離種のカラムを生成するように電子ビーム周囲のガス分子を電離するステップと、雰囲気ガス内に出るときに電子ビームの横方向のサイズを操作するステップと、試料の選択領域にプラズマプローブを走査させて、試料の表面特性を改変するステップとを含む。表面の改変は、アッシング、エッチング、表面活性化、不動態化、湿潤化、機能化のうちの１つを含むとよい。

開示の実施形態のいずれかにおいて、雰囲気ガスは空気か、又は１つ以上の不活性ガスの混合物かを含むとよい。また、真空筐体から電子ビームを透過させることは、真空環境と雰囲気ガスとを隔てる開口プレートに設けられたピンホールを介して電子ビームを通過させることを含むとよい。真空筐体から電子ビームを透過させることは、ピンホールを介して電子ビームを通過させる前に、電子ビームが膜を通過することをさらに含むとよい。電圧電位は、試料、開口プレート、又は膜のうちの少なくとも１つに印加されるとよい。開口プレート又は膜は収集電極を含むとよい。また該方法は、試料との相互作用又は試料の改変前に感知し、試料の処理、相互作用、若しくは改変をおこない、そして試料の処理、相互作用、若しくは改変の後に再度感知するために、電子ビーム及び／又はプラズマを使用することさらに含むとよい。つまり、該方法は閉ループ処理（感知−処理−感知）を構成する。

本明細書に包含され、その一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、発明の詳細な説明と共に本発明の原理を説明し描出する役割を担う。図面は模式的に例示の実施形態の主要な特徴を示すことが意図されている。また、図面では、実際の実施形態のすべての特徴や、描かれる要素の相対的なサイズが提示されることは意図されていない。そして、図面は正確な縮尺率ではない。

図１は、本発明の第１の実施形態によるノンメカニカルコンタクト信号測定装置の概略横断面図である。 図２は、電圧コントラスト検査のための方法を例示する概略的模式図である。図２Ａは、電子電流がプラズマから試料に駆動されるように電圧電位が電極に印加される実施形態を例示する、概略的模式図である。 図３は、高アスペクト比の孔及びトレンチ検査のための方法を例示する概略的模式図である。 図４は、３Ｄ位置合わせのための方法を例示する概略的模式図であり、図４Ａは、開示の実施形態による３Ｄ位置合わせに用いられ得る装置を示す。 図５は、電子ビーム誘導電流（ＥＢＩＣ）のための方法を示す概略的模式図である。 図６は、雰囲気下の電子ビームの直径を制御するためのピンホール操作を例示する概略図である。 図７は、ピンホールを利用する一実施形態における装置を示す概略図である。 図８は、差動ポンプと共に用いられ得るピンホールと第２チャンバとを利用する他の実施形態における他の装置を示す概略図である。 図９は、本明細書に記載のいずれの実施形態においても用いられ得るピンホール開口プレートの上面図を示す。示されるように、開口プレートは小さいピンホールを有し、電気的絶縁が形成されて該プレートを４象限に分割する。 図１０は、本明細書に記載のいずれの実施形態においても用いられ得るピンホール開口プレートの上面図を示す。示されるように、開口プレートは小さいピンホールを有し、電気的絶縁が形成されて該プレートを電気的に絶縁された同心円状の円形部に分割する。 図１１は、空間的に選択される表面の改変（活性化、湿潤化、機能化など）のための電子ビーム誘導プラズマプローブの使用を示す。 図１２は、３Ｄプリントのための電子ビーム誘導プラズマプローブの使用を示す。供給線はプリントされる材料を提供する。１次ビームは該線を溶融し、プラズマ流はプリントされた材料を感知するように用いられることができる。 図１３は、治療的及び神経系細胞処置における適用ための電子ビームの使用を示す。

以下に記載される種々の実施形態は、高解像度、高感度、そして小型の大気電子ビーム誘導プラズマプローブ技術に基づいたソリューションを提供する。この技術は、空気中の電子ビームによって発生する衝突の電離イベントにより生成された低温プラズマ（小さいｅＶ）が、ノンメカニカル導電性コンタクトとして作用し、被試験デバイス（ＤＵＴ（ｄｅｖｉｃｅｓ ｕｎｄｅｒ ｔｅｓｔ））における電圧が結果的な２次プラズマ電子電流を介して測定されることを可能にするということに実質的に依存する。その名により示唆されるように、該技術はＤＵＴが真空内に保持されることを必要としない。むしろ、電子エミッタ（陰極）と電子光学系とのみが真空筐体内に保持されることを要する。さらにこの技術の適用は、例えば抽出グリッドや静電レンズなど簡易な電子光学系構成を必要とするのみであり、銃のコストを抑え、サイズ、つまり筐体のサイズを小型に抑える。電子ビームは、（ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ｂｅ等から製造される）薄い電子透過膜及び／又は差動ポンプを受ける超小型ピンホールを介して、電子銃を含む真空筐体を周囲の大気環境へと出る。プラズマの可動２次電子によって保持される信号は、膜のＤＵＴに面する側に適用される導電性薄膜（２０ｎｍより薄いＴｉ、Ｃｒ等）によって、又はピンホールが用いられる場合に（導電性材料から製造され、電子銃の筐体の他の部分から分離されると考えられる）ピンホール自体によって、収集されることが可能である。信号は、そこから、例えばさらなる信号処理のための高精度、高速のエレクトロメータなどの適切な取得デバイスに供給される。

下記に挙げられる種々の適用に必要とされる空間解像度は、本発明の新規性又は適用性のいずれも失うことなく、小さい直径の電子ビームエミッタと高集束電子ビームカラムとを用いて得ることができる。この手法は、システムのコストを上げ得るものの、それでも、試料の真空及びロードロック筐体を必要とするシステムに対して差別化となる有利性を示す。本明細書に記載の適用をおこなうためのプラズマプローブに関連する物理的性質は、最終電子ビームスポットが生成される方法とは区別される。

しかしながら、高解像度の最終電子ビームスポットを生成するための最も簡易な手法は、ピンホールを用いて電子ビームを開口から出力することである。この手法ではビームエネルギーと電子ビームの直径とは切り離されるので、小さく安定的な焦点を得るための高性能電子光学系の必要性は低くなり、システムの小型化の可能性がより高まる。さらにピンホールはバイアス及び信号収集電極としても動作することが可能であり、スタンドアローンの膜よりも高い入射電子ビーム流の使用を実現できる。さらに、適切な厚みのピンホールは４つの分離象限に分割されて、ビーム偏向制御を可能にする。この開口は膜又は第２チャンバに取り付けられるように適用されることができる。

ピンホールの端は、トップハットビームプロファイルが形成されるように、入射１次ビームを停止するために十分な厚みを有する必要がある。このため、明確に規定されたエッジを有するプラズマプローブが生成され、侵入度及びアレイ状の標的からのクロストークを最小化する。さらに、ピンホールは、陰極チャンバの空気の側に生成されたプラズマ「線」と接触するために、入射電子ビームより適度に小さく、導電性表面を有する必要がある。またピンホールは、エナメル線がその端に取り付けられることができ、且つ電荷蓄積を防ぐために、実質的に厚みを有する必要がある（通常５０ミクロンより厚い）。最後に、ピンホールはチャンバ体から電気的に絶縁される必要がある、即ち地絡すべきでない。

以下に記載される種々の実施形態をより理解するために、まず大気電子ビーム誘導プラズマ源について簡易に記載される。電子ビームにより、空気又は他のガスを効果的に電離することと、被試験デバイス（以後、被試験構造として代替的に言及される）への損傷のリスクのほとんどない高指向性プラズマカラムを生成することが可能である。電子ビームはまた、プラズマプローブの横方向のサイズを制御し得り、これはデバイス上の小さく高密度の導体における電気信号の測定において重要な有利性である。

図１は、本発明の第１実施形態におけるノンメカニカルコンタクト信号測定装置１００の概略断面図である。電子ビーム１１０は、従来の方法を用いて、真空１３０において電子ビーム発生器１２０によって生成される。電子ビーム１１０は、真空筐体１４０ａの一部分に配置されたオリフィス１４５を介して真空筐体１４０（以後、真空チャンバとして代替的に言及される）を出る。電子ビームの一部は真空筐体外部の雰囲気ガス１５０（以後、大気又はガスとして代替的に言及される）に伝達される。電子ビーム発生器を包含する真空筐体内の真空は、電子ビームに対して半透過性である膜及びフレーム組立体１５５によって保持されることができる。代替的に、膜及びフレーム組立体１５５は、オリフィス又は複数のオリフィスが真空筐体内の真空を保持するように適切に小さい場合には、選択的であり得る。

雰囲気ガスに入ると、ガス原子とのガス衝突に方向づけられた電子ビームの一部における電子は、偏向されるか、又は電離を介してエネルギーを失う。つまり、ガス内に方向づけられた電子ビームの一部は、電子ビームが通過するガス内においてプラズマ１６０（以後、プラズマプローブとして代替的に言及される）を誘導する。この電子とガスとの衝突は、遅いガスイオンを別にして、導電することができる低エネルギー２次電子を生成する。故に電圧と電流とは測定されるか、プラズマを介して印加され得る。プラズマはノンメカニカルコンタクト電気プローブ又はプラズマプローブとして動作し得る。後方散乱電子はプラズマプローブにおいて電圧又は電流信号を伝達するために用いられないが、本発明のさらなる有利性のため、適切な検出器を用いて収集されることができる。

図１は、ガスが接触し得る、被試験構造１７０に設けられた第１の導体又は半導体１６５も示す。被試験構造は基部１７５によって支持されるか、又は基部１７５上において実施される。「装置」又は「被試験構造」に面する、膜及びフレーム組立体の側（真空筐体の外側）は、以下により詳しく記載される導電性薄膜であり得る、第２の導体１８０で被膜され得る。ガス１５０は第１の導体１６５及び第２の導体１８０と接触する。代替的な実施形態において、ビームが筐体を出る膜又は開口を包囲する真空筐体の一部は、第２導体に相当する、導電性材料又は導電性の装置側フィルムで被膜された材料で製造されるとよい。他の代替的実施形態において、第２導体は個別の電極又はフィルムとして形成されるとよく、これらは電気的にプラズマと連結され且つ真空筐体外部の電子ビームの部分を妨げない限り、膜・フレーム組立体１５５と第１導体との間のいずれかに配置され、必ずしも膜に直接的に取り付けられない。また第２導体は検査へッド１９５に取り付けられてもよい。真空筐体、電子ビーム発生器、及び第２導体は、プラズマプローブを生成する検査へッド１９５として言及され得る。

第２導体１８０は、電気測定デバイス１８５又は信号源１９０と連結されるとよい。データ記憶装置及びシステム制御ブロック１９８はテスト手順を制御し、測定データを保存し、検査へッド１９５、電気測定デバイス１８５、及び信号源１９０と連結される。データ記憶装置及びシステム制御ブロック１９８内のデータ記憶ユニットは、測定デバイスと連結され、測定デバイス１８５からの複数のデータ値を保存するように適応されるとよい。データ記憶装置及びシステム制御ブロック１９８内の制御ユニットはデータ記憶ユニット、測定デバイス１８５、及び信号源１９０と連結されるとよい。データ記憶ユニット、測定デバイス１８５、及び信号源１９０は、制御ユニットに応答するとよい。

図６は、本発明の一実施形態におけるピンホール開口の構成及び動作を説明するための近接図である。開口プレート６１１は、電子ビーム６２２の通路に配置され、大気側と真空側とを分離する。開口プレート６１１は、真空内の電子ビームの直径ｄ_ｖより小さい直径を有するピンホール６３３を含む。よって、ピンホールのサイズは大気における電子ビームの直径ｄ_ａを制御する。つまり、ピンホール開口は陰極チャンバを出射する電子ビームを規定し、これは使用され得る作動ポンプに用いられるものとは異なる開口である。電子ビームの開口はプラズマプローブ直径の制御もおこなう。ピンホール開口が膜と共に用いられるとき、陰極チャンバからの１次電流は、入射電子ビームからもたらされる熱量に耐えるために膜の性能により限定される。ピンホールが膜なしで用いられるとき（即ち、作動ポンプ構成において）、この限定は当てはまらないが、制約が真空システムに課せられる。ピンホール開口は、電子ビームの直径を電子ビームのエネルギーから切り離し、高性能電子光学系の必要性が除かれる。

図６に記載されるように、開口の端部は、必要なところで入射第１電子ビームを止めるため及びトップハットビームプロファイルを得るために、十分な厚みを有する必要があり、Ｔで示される。これにより、侵入度及びアレイ状の標的からのクロストークを最小化する、明確に規定されたエッジを有するプラズマプローブが生成される。

図７は、図６に示されるもののようなピンホール開口７１１を用いる装置を例示する。図７において、ピンホール開口は膜７１３を伴って、又は伴わず用いられ得るが、ピンホールプレート７１１がチャンバ体に短絡しないように、電気絶縁部７１４がピンホール開口プレートとチャンバ体との間に設けられる必要がある。エナメル細線などの電気線７１６は開口プレート７１１に接続されて、プラズマ７１８からピンホール開口プレートを介して線へと、信号通路を完結する。

図８は他の実施形態を示し、ピンホール開口プレート８１１が差動ポンプを補助するために第２ポンプチャンバ８２３に用いられる。この実施形態においても、ピンホール開口プレート８１１は第２ポンプチャンバ８２３から絶縁される必要があり、電気線８１６は電路を閉じるためにプレートに接続されることを要する。第２チャンバ８２３は、主チャンバ８４０の真空ポンプとは分離され独立して、真空ポンプ８３１によって排出されるとよい。

図９は、本明細書に記載されるいずれの実施形態においても使用され得るピンホール開口プレート９１１の上面図を表す。示されるように、開口プレートは小さいピンホール９１３を備え、電気絶縁９１５がプレートを４象限に分割するように設けられる。図１０は、本明細書に記載されるいずれの実施形態においても使用され得る別のピンホール開口プレート１０１１の上面図を示す。示されるように、開口プレートは小さいピンホール１０１３を備え、電気絶縁１０１５がプレートを同心円状の、電気的に絶縁された円形部に分割するように設けられる。図９及び図１０において示されるように、別の導電性ライン９１７、１０１７が、各部分について個別に信号を取得できるように、開口プレートの電気的に絶縁された各部分に接続される。反対に、又は追加的に、開口プレートを静電レンズとして駆動させて出射電子ビームの形状及び方向を制御するために、電位が各部分に印加されることが可能である。

＜高解像度電圧コントラストイメージング＞
電圧コントラストは、歩留まりの問題をＩＣ成形における特定の回路又は回路ブロックに特定することにおいて有用である欠陥分離技術である。先行技術において、電圧コントラスト測定は、試料を真空チャンバに配置し、電子ビームを用いて試料を帯電させることによっておこなわれ、続いて試料は２次電子を用いてイメージ化される。これは、通常、２ステップの工程であり、高真空チャンバと精巧な電子ビーム源とを必要とする。オープンビア、即ちアースと接続されない金属コンタクトは帯電を維持し、２次電子イメージにおいて、アースに接続されたものとは異なって見える。換言すると、オープンビアは電荷を局所的に捕らえ、試料の表面電圧を変える。これは、例えば集積回路においてどのコンタクトがクローズで、どのコンタクトがオープンであるかを検査するために用いられることができる。

一実施形態によると、数１０ナノメートルの直径のピンホールは、例えばリソグラフィ技術を用いて製造される。ピンホールとＤＵＴとの比較的短い作動距離（１０〜５０ミクロン）を用いて、５０ｎｍ以下のプラズマビーム直径が実現される一方で、十分な電子ビーム流を維持して、１０ｐＡより大きいプラズマ信号を生成する。この解像と信号レベルとの組合せは、例えばオープンゲートコンタクトなどの重要なＩＣ構造における欠陥の検出を可能にする。電子ビーム誘導プラズマプローブ手法は、従来の電圧コントラストイメージング技術とは異なり、２次電子放出断面を改変することによってオープンであるかどうかを測定するために、ビアを検査する２ステップの測定（事前帯電及びプロービング）を必要としない。プラズマプローブでは、プラズマ電流を測定し、それを高品質のリファレンスと比較することによって単一のステップのオープン・ショート測定がおこなわれることが可能であり、装置を簡易化し、スループットの有利性を得られる（図２を参照）。

テストは、試料において電子ビーム、つまりプラズマカラムを走査させることによっておこなわれることが可能である。バイアス電位は、プラズマからの電子が試料へと駆動されるように印加される。試料からの電流は、１次電子ビームが装置を出る金属開口に接続された検出器によって測定される。走査される部分が共通のアースと電気的に接続される場合、電流が流れ、電流の読み取りは検出器で記録される。一方で、走査される部分が絶縁される場合、つまりオープン回路が存在する場合、電流は流れず、電流の読み取りは検出器において異なる値を記録する。オープン、又は部分的にオープンである回路の抵抗が変化するとき、異なる電流が流れ、異なる電流が読み取られる。これらの電流の読み取りはマッピングされ、走査領域の電圧コントラストイメージが提供されることが可能である。

このような構成の一実施例が図２Ａに示され、ここで電圧電位は、電子電流がプラズマから試料１７０に駆動されるように電極１８０に印加される。電流測定は電極に応じておこなわれ、試料１７０へと流れる電流を測定する。試料が多くのオープンビアを有する領域に、プラズマプローブが接触する場合、電子源の１次ビームからの電子の流れは試料を帯電させ、測定を歪曲し得るということが理解される必要がある。故に、一部の実施形態において、電極１８０に印加される電位は極性を交替させ、試料を周期的に放電する。これは、適切に製造された部分と欠陥の部分とが、プラズマプローブを介して印加された電圧に対して異なる反応を示し、電圧コントラストイメージングを実現することを確実にする。

さらに、図２Ａにおいて、ガス注入器１７１はガス混合物をプラズマに注入して、ガス混合物と電子ビームとの相互作用の断面積を制御する、混合物におけるガスの原子数と密度との効果によって、電子ビームの信号レベル及びビームの広幅量を制御するように用いられる。例として、ヘリウムの注入において、電子ビームはあまり広幅化されず、信号もより小さい。一方で、アルゴンは、より広幅化されたビームを生成し、信号の増加を伴う。故に、例えばヘリウムとアルゴンとの混合物におけるアルゴンとヘリウムの割合など、注入ガスを制御することによって、ビームの広幅化と信号レベルとを制御することができる。

適切なサンプルバイアスのもとで、プラズマ電流は入射電子ビーム電流よりも１００倍までの大きさであり得るということは注目すべきである。これは、５〜５０ｋｅＶの範囲のエネルギーを通常有する１次電子ビーム電流における単一の電子が、一連の複数の無作為な非弾性衝突を経験し、プローブの全長（通常は数１００ミクロン未満）にわたるプラズマ信号を伝達するために十分な可動性を有する多くの２次電子を生成するためである。プラズマ電流は、より高い電離率をもたらす局所的希ガス環境（Ａｒ、Ｎｅなど）を用いて、さらに増大されることが可能である。一方で、Ｈｅでは、例えばより小さいプラズマ直径、即ち数ナノメータまでのより高い解像度が実現され得る。プローブ解像度と導電性との相殺は、所定の適用において、電子ビームの入射点と試料との間の作動空間を安定的なガス混合物で充填することによって安定的に事前操作されることができる。

理解されるように、プラズマプローバは、検査される基板が真空下に置かれる必要なく、大気環境において電圧コントラスト検査をおこなうために用いられることができるので、この実施形態における装置は、スタンドアローンの装置であるよりも、処置装置と一体化されるとよい。例として、プラズマプローバは、エッチング又はＣＭＰ装置に一体化され、ウエハの処理が完了した後ただちに検査がおこなわれるとよい。さらに、プラズマプローバは、例えば事前マッピング又はアライメントの目的で集積回路の処理に用いられるクラスタツールの、ミニエンバイロメントとも呼ばれる前端部に設置されるとよい。

さらに、プラズマプローブにおいて実現される解像度は、従来の電圧コントラスト測定システムのものよりもかなり高くなり得る。これは、少なくとも部分的には、被試験構造の横方向のサイズに対するプラズマプローブの横方向のサイズが、該構造と周囲環境との間の差動信号を検出するために十分に小さい必要があるためである。プラズマ電流の信号対ノイズ比（ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ−Ｒａｔｉｏ））は非常に高いことから、被試験構造と比較すると、プラズマプローブはかなり大きい、つまり大きい直径又はフットプリントを有する。このように、より大きい横方向のサイズを有するプラズマプローブを用いながら、効果的な解像度は約５ナノメートルに減縮されることができる。一方で、従来の電圧コントラスト測定システムにおいて用いられるような２次電子イメージングは、入射電子ビームがプローブされる構造のサイズよりも小さいことが必要とされる。

さらに、プラズマプローブは個別のプラットフォーム及び真空を必要としないので、そのスループットは標準的なスタンドアローン装置よりも高くなり得る。また、プラズマプローブは単一のステップの照射及びイメージングを必要とし、一方で従来の装置は２ステップの事前照射及びイメージング処理を必要とする。

＜高アスペクト比（ＨＡＲ（ｈｉｇｈ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ））構造及びトレンチ深さの検査及びイメージング＞
電子ビーム誘導プラズマプローブ電流は、収集電極と被試験デバイスとの分離に非常に感度が高い。実験室の予備的な試験では準ミクロンの感度を示したが、より優れた電流検出器でさらに優れた感度を得られる。プローブカラムの抵抗性が分離に依存することは、プローブにおける２次電子キャリアの限定的な平均自由路による、プラズマシース効果と純粋なオーム抵抗との組合せである。故に、電子ビーム誘導プラズマプローブは、深いトレンチや基板（又はシリコン）貫通ビア（ＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｖｉａｓ））などの高アスペクト比の半導体構造をイメージング及び検査するために使用されることが可能である（図３を参照）。ＨＡＲ構造測定は現代の電子機器における３Ｄ統合性及びパッケージングに重要であり、また高密度メモリ製造にも重要である。実験上の観測に基づき、１ミクロンより小さい高さの変動はプラズマプローブによって解決され得るということが期待される。走査型電子顕微鏡又は原子力間顕微鏡（ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ））などの競合技術は、前者の技術における比較的浅い焦点深度（電圧コントラスト測定において用いられる２次電子は限定的平均自由路を有する）、又は後者の幾何学的制限のため（ＡＦＭに用いられるカンチレバーは限定的に移動する）、この機能を提供しない。光学的散乱測定は高アスペクト比構造のイメージングの有望な代替的候補であるが、疎構造、及びシリコン又は金属などの高吸収材料にあまり適さない。プラズマ電流も検査される材料の導電性に依存するので、不均一の材料構造（例として、絶縁体上の金属線など）では、材料組成又は予期されるトポグラフィの予備情報をいくらか有することが有利であるということが留意される。つまり、プラズマプローブ信号も被試験構造のイメージを生成するために処理され、高解像度及び長い作動距離を伴う、非常に経済的で特有のイメージング機能を提供することが可能である。

ＨＡＲ構造は図１又は図２Ａに例示されるものと同様の設定を用いて検出されるとよい。被試験デバイスはＸ−Ｙステージ上に配置され、結果的にプラズマを伴う電子ビームはデバイス上で走査されてトレンチのサイズを通常測定する。システムは、検出されたすべてのトレンチのマッピングを提供するか、又は例えば、浅すぎる又は狭すぎるなどサイズ要求に見合わないトレンチを単に強調するように設定されるとよい。電流は電子ビーム源の電極から駆動されるので、試料は、本明細書に記載される測定のためにバイアスをかけられるか又はアースをされる必要はないということが留意される必要がある。また、電極は電子ビーム源用の開口であり得る。

＜３次元（３Ｄ）位置合わせ＞
電子ビーム誘導プラズマプローブは、後方散乱電子（ＢＳＥ）の作動距離に対する低感度のため平面的な位置合わせのみが可能であるＢＳＥをもとにした先端技術法とは相対するような、特有の３Ｄ位置合わせ機能を提供する（図４及び図４Ａ参照）。プラズマプローブが保持する電流は、電導性に感度があり、（歩留まりは被試験材料の原子番号に依存する）ＢＳＥの場合と類似する横方向の解像度を提供するだけでなく、上述されたように被試験デバイスへの距離にも感度がある。位置合わせの標的は、それらが堆積する材料と異なる成分を通常有する（例えば、絶縁体又はシリコン上の金属標的）ので、位置合わせ標的からその周囲への変化は所定の材料内のプロファイルの変化のみよりもさらに大きいプラズマ電流反応を提供し得る。名目上の材料組成及び／又はプロファイルの予備情報は位置合わせ工程を容易にするために用いられることができる。このため、他の態様を制限することのない例として、被試験構造の構造又は構成モデルを設定すること、予測される信号を生成すること、並びに要求される構造及び／又は構成的測定を生成するアルゴリズムを用いて、該モデルを収集された信号に適合させることがなされる。

後方散乱電子（ＢＳＥ）は、作動距離にわたって大気中に伝播させるために十分なエネルギーを備える（ｋｅＶ範囲）ので、図４Ａにおいて示されるＢＳＥ検出器１８１（例として、環状ＢＳＥセンサ）からのＢＳＥデータでプラズマ電流測定を補完することによって、完全な３Ｄ位置合わせは容易にもなり得る。この場合、ＢＳＥ信号は横方向の位置合わせに用いられ、プラズマ電流は垂直方向の位置合わせに用いられる。図４に示されるように、プラズマからの信号の強度は、プラズマ電流検出器１８０に対する、プロービングされる構造の距離を示す一方で、ＢＳＥが検出する信号の強度は、構造の横方向の位置を測定するために用いられることが可能である。

３Ｄ位置合わせ機能は、例えば半導体ウエハなど、試料に対して精度の高い間隙を維持することが重要である任意の適用にとって重要であり、チャックにおけるウエハ又はグラス配置の情報に依存しないようにすることに役立つ。さらに、プラズマプローブは、ハイエンドのサンプルステージに通常用いられる光学センサより優れたＺ感度を提供し得る。故に、検査だけでなく、電子ビーム誘導プラズマプローブに基づいたイメージング適用においても個別の位置合わせ機能を必要としない。つまり電子ビーム誘導プラズマプローブは、その他の適用、特に、フラットパネルの検査、プロフィロメトリのように、そして電子ビームロードロックシステムにおける事前アライナとして、Ｚ位置合わせが重要である場合に、スタンドアローンの位置合わせ機能として用いられてもよい。この３Ｄ位置合わせシステムはフィードバックループと統合されて、リアルタイムの間隙制御をおこなうことが可能である。

特徴を適切に位置合わせするために、電子ビームの直径が該特徴のサイズよりも小さい必要がある電子ビームイメージングとは異なり、本明細書に記載される実施形態を用いると、プローブ直径、つまりプラズマカラムの直径は該特徴のサイズより小さい必要はないということが強調される必要がある。これは、イメージが試料からの２次電子又は後方散乱電子を用いて生成されるものではなく、むしろ電流の減衰を用いるためである。このようにプラズマカラムが特徴のサイズより大きい場合でも、特徴の端部を表すプラズマ電流測定の変化は、プラズマ電流の高ＳＮＲ効果によってプラズマプローブを用いて該特徴を横切るときに検出されることが可能である。よって、プラズマカラムの直径より小さい特徴が撮影されることができる。

＜インピーダンスマッピング＞
上述されたように、プラズマから試料に流れる電流により、試料のイメージを取得することができる。イメージにおける、つまり測定された電流における変化は、トポグラフィの変化と材料の変化（例えば、異なる組成、つまり異なるインピーダンスの種々の材料）との畳み込みによって起こる。１つの極端な状態では、試料が純粋で均質な材料組成である場合、結果のイメージはトポグラフィの変化のみを反映する。一方で、試料が完全に平坦であるが、材料組成が不均質である領域を有する場合、イメージは材料組成の変化のみを反映する（例えば、粒子又はドーピングの変化）。イメージは解像度依存的ではなく、むしろ感度依存的である、つまりプローブが電流における変化を検出できる限り、プローバは比較的低い解像度（例えば大きいフットプリント）でも高解像度のイメージを生成することが可能であるということが言及される。プラズマプローブ抵抗マッピングは、例として挙げれば金属線測定、ドーピング測定、及び突出性欠陥における適用に使用される。組成とトポグラフィとの変化の組合せも、所定のアルゴリズムを使用し、被試験試料のためのモデルを用いて収集信号が逆畳み込みされる場合に、識別され得る。

例として、プローバは、既知の均質材料組成及び既知のトポグラフィの試料を用いて較正されるとよい。プローバは他の試料を検査するために用いられ、「高品質の試料」と比較して、走査された試料の材料組成の均質性を測定することが可能である。一方で、トポグラフィにおける変化は、トポグラフィと材料インピーダンスとから生成された信号を同様に逆畳み込みすることによってマッピングされることができる。その他の較正及びアルゴリズムは、混合材料・トポグラフィの変化から生成された信号を逆畳み込みするために用いられることが可能である。例えば、信号変化又は信号レベル変化の空間的スケールが予期される所定の範囲外である場合、信号の変化は重なっているとして理解されることができる。

＜大気中の原位置における電子ビーム誘導電流（ＥＢＩＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｉｎｄｕｃｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ））＞
ＥＢＩＣは、より正確な欠陥位置情報、通常５００オングストロームまでの解像度を提供できる他の分離技術である。ＳＥＭにおいてプローブステーションを用いておこなうときに特に効果的である。ＥＢＩＣは、詳細な欠陥位置解像度を提供することに加えて、欠陥領域の電気的及び物理的特性に対して非破壊的であるという有利性がある。

ＥＢＩＣは、半導体デバイスにおける包埋された欠陥の検査に用いられる技術である。電子ビームは試料を刺激し、被試験デバイスに存在するｐ−ｎ又はショットキー接合において電子正孔対を生成するために用いられ、結果的に電流をもたらす。従来のＥＢＩＣにおいて、入射電子は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって真空において生成され、半導体接合において生成された電流は物理的プローブによってデバイスの周囲で収集される。例として、Ｈ．Ｊ．Ｌｅａｍｙの「Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｖ５３（６）、１９８２年、Ｐ．Ｒ５１）が参照される。一方で、電子ビーム誘導プラズマプローブ技術では、プローブの１次電子は電子正孔対を励起するために用いられ、プラズマは導電体として用いられてこの電流を収集及び感知することができる。つまり、プローブは刺激及びセンサの両方に用いられる。

本発明において提示されるプラズマプローブでは、従来のＥＢＩＣ技術のさらに優れた適用が提供される。まず、電子ビーム誘導プラズマプローブを伴うＥＢＩＣは、作動距離において空気中又制御ガス混合物中でおこなわれることが可能であり、システム構成、コスト、及びスループットにおいて、ＳＥＭを利用したＥＢＩＣよりも有利性がある。次に、プラズマプローブは、試料からの電流が原位置でプラズマプローブによって直接的に感知されるためＥＢＩＣ信号変動により感度が高く、（従来のＥＢＩＰＰ適用、特にＳｉウエハなどの大きい試料の場合のように）コンタクトをプローブするために試料全体を移動する必要はないためである。つまり、包埋された欠陥に対するプラズマプローブの感度は、特に弱い半導体又は一部の絶縁体についてすら、ＳＥＭ−ＥＢＩＣよりも大きい。

図２Ａにおいて示される実施例はＥＢＩＣをおこなうために用いられ得る。ＩＣはステージ上に配置され、電子ビームは電子を対象構造へと駆動するために走査されるか又は配置され、電子正孔対を生成させる。結果としてＩＣにおいて生成された任意の電流は、原位置で収集されて、センサ１８０によって感知される。

＜選択的な表面の改変＞
一部の適用では、選択的な表面の改変が必要とされる。例として、一部の適用においては選択的なアッシング又はエッチングが必要とされる。その他の適用では、表面の活性化、不動態化、湿潤化、機能化、又は化学的及び物理的相互作用を含むがこれに限定されないプラズマ支援表面相互作用の他の任意の形態が必要とされる。通常は、改変されない領域を被覆するが、例えばアッシング、エッチング、又は前述のいずれかの方法での改変など、改変される領域を曝露するマスク（リソグラフィ技術を用いて規定されるマスクを含む）によっておこなわれる。そして、マスクによってウエハの選択的領域にプラズマの選択的なコンタクトが提供されるように、プラズマはウエハ全体に適用される。

電子ビーム誘導プラズマプローブは、この空間的な選択処理をマスクなしで実施する機能を提供し（図１１参照）、製造コストを抑える。図２Ａに示される実施形態等、本発明の所定の実施形態を用いて、適切な反応性前駆体ガスがノズル１７１から注入され、表面の改変がプラズマカラムによって走査された領域のみにおこなわれることが可能である。ガスは、例として、エッチングには塩素ガス若しくはフッ素ガス、ＨＢｒなど、又はアッシングには酸素であるとよい。

一実施形態において、プラズマカラムは太陽電池におけるエッジシャント、検出、分離、及び除去に用いられる。具体的には、１次電子ビーム及びそれが誘導するプラズマは、導電層を除去して潜在的なシャントを分離するために、太陽電池のエッジ周囲を走査する。電子ビーム駆動プラズマプローブは、閉ループ操作をおこなって太陽電池シャントを処理することが可能である。電子ビーム誘導プラズマプローブは、ソーラー試料をフラッシングした後、インピーダンス反応をマッピングするために用いられて、測定インピーダンスに基づいてシャント領域を特定してシャントを検出することができる。シャント感知は、ソーラー試料を電子ビームで励起することと、及び試料の電気的若しくは光学的反応、つまり先行技術においてそれぞれエレクトロルミネセンス若しくはフォトルミネセンスとして既知であるものを測定することとによってもおこなわれることが可能である。シャント感知後、電子ビーム駆動プラズマプローブはシャントを分離、電子ビームでシャントを切断、又は生成プラズマでシャントをエッチングすることができる。そして、結果の処理の感知がおこなわれ、シャント処理工程が必要な場合に反復されることが可能である。既存の技術（例えばレーザ処理）に比して電子ビーム駆動プラズマプローブが有利であることは、プラズマプローブの空間的選択性を伴う、閉ループ及びオールインワン処理である。

本明細書に記載される実施形態では、ｋｅＶ範囲のエネルギーを伴う電子ビームによるプラズマ生成が用いられる。ガス混合物はソースと試料との間の空間に導入され、電子ビームによって電離されることが可能であり、広範囲の反応性化学作用が得られる。

電子ビーム誘導プラズマプローブ技術には、プラズマ支援の表面の改変に用いられるその他の技術より多くの有利性がある。例として、電子ビーム誘導プラズマでは汚染のリスクがなく、これは、電極が蒸発し得るＤＣ放電プラズマ支援システムで起こり得ることと相対する。通常、電子ビーム誘導プラズマは、標的におけるプラズマ電子のエネルギーが約数ｅＶであることから、ＤＣ放電プラズマよりも低い温度に関連する。さらに、ＲＦ放電誘導プラズマ又はプラズマジェットとは異なり、電子ビーム誘導プラズマをターゲットに伝達するために空気流は必要とされない（プラズマは１次ビームの方向に従うため）。

電離媒体における電子ビーム入射の横方向のサイズ、及び結果としてのプラズマの横方向のサイズは、硬質開口によって、又は適切な電子光学素子を用いてビームを集束することによって、１ミクロン以下まで減縮されることが可能である。これは、電子ビーム誘導プラズマが、サブミクロンの解像度で、空間的に選択的である表面の改変を可能にすることを示唆する。そのような解像度は、所定の制限を超える開口（マスク）が非常に大きな乱流をもたらし、プラズマの効果を著しく限定するか、又は非試験基板を破壊し得るので、他のプラズマ支援の表面の改変の方法では可能ではない。知るところでは、併行的ガス支援大気プラズマ技術の既存の解像度は１ｍｍより優れたものではない。電子ビーム誘導プラズマプローブは、その高い解像能により、例えばＭＥＭＳ、ポリマー表面上の原位置パターン化、及び３Ｄプリントにおいて用いられるような（サブトラクティブである）マスクなしのパターン適用にとって優れた候補となる。

電子ビーム誘導プラズマは、広範囲のパラメータ（ビーム電流、スポットサイズ、エネルギー、雰囲気ガス、作動距離など）に調整され得る。結果的に、電子ビーム誘導プラズマプローブは多くの異なる方法に用いられ得る。例えば、電子ビーム誘導プラズマのパラメータを適切に設定することによって、プラズマプローブは感知するか、又は処理をおこなうように構成されることが可能である。このため、プローブは表面組成の感知、続いて表面の改変、その後改変の効果を評価するための処理後感知に用いられることができる。この原位置の感知機能により閉ループ処理が可能になり、基板は測定のために処理装置から取り出される必要はなく、汚染を抑止し、歩留まりを向上し、より効果的な処理方法の開発を可能にする。さらに、種々のガス雰囲気が、異なる表面反応化学作用を実現するために用いられることができる。そして、プラズマと１次ビームとは表面を改変するために機能することが可能であり、数ワットから数百ワットの範囲の処理力を利用できる。

＜３Ｄプリント＞
プラズマプローブは、ミクロンレベルの解像度によって、図１２に記載されるように高解像度の３Ｄプリント適用において金属堆積に用いられることができる。本実施形態において提示され、数１０ｋｅＶの１次電子ビームエネルギーで動作するプラズマプローブ装置は、特に金属を用いた、高解像度３Ｄプリントに適する。多くの金属が電子ビームを遮る約１０ｋｅＶ／ミクロンのパワーを有するため、金属細線又はスパッタリングされた金属粒子は、電子エネルギーの損失が少ない小さい作動距離（約１０ミクロン）の空気中で動作する１次電子ビームを用いて表面上で溶融されることができる。自由造形又は直接的な電子ビーム溶融などの既存の電子ビーム３Ｄプリント技術に対する電子ビーム駆動プラズマプローブシステムの有利性は、大気条件でおこなわれることができること、溶融金属付着における品質を向上するため及び電子ビーム量を削減するために、プラズマプローブが活性化など表面調製用の原位置での装置として用いられることが可能であること、並びに、電気的導電性プローブが駆動電子ビームから帯電された電荷を排出するために用いられ、電気的に中性のプリント工程が得られることである。

また、プラズマプローブはプリント後の検証のための原位置のセンサとしても用いられることができ、閉ループプリント機能が提供される。溶融及び感知のための電子ビーム動作パラメータ空間は、予期されるように異なる。例として、プリントに用いられるビーム電流は、均質な溶融及び付着率を確実にするために、金属に均質な熱量の堆積をおこなうように調整される必要がある一方で、感知動作は導電性ノンメカニカルコンタクト（プラズマ）プローブを表面に駆動させるだけのために十分な小さい電流でおこなわれる。この動作は、電子ビームを走査させるか、又はプリントサンプルが配置される移動ステージによって、点から点又は線から線へと繰り返されることができる。そして、延長層が形成され、層は垂直に堆積されて３Ｄプリント機能を完結させる。

本発明に基づく３Ｄプリントデバイスの好適な実施形態は、電子ビームプリントへッドが、標準的なフォーマットのコンピュータ支援描画（ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｒａｗｉｎｇ））デザインを搭載且つ適用することが可能なコンピュータによって制御されるものである。電子ビームプリントヘッドは、スタンドアローンとして、又は例えばプラスチック溶融堆積若しくはレーザ溶融などの通常の最先端の３Ｄプリント技術を用いる他の３Ｄプリントヘッドの補完的へッドとして使用されることができる。大気電子ビームシステムのさらなる有利性は、システムが上述に関する積層造形（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）及び切削造形（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）をおこなうことができることであり、これは電子ビームが、特に非金属材料の小領域に高解像度の切断をおこなうために用いられ得るためである。

＜医療及び生物学的適用＞
電子ビーム誘導プラズマプローブの特性、特にその低温、高解像度、及び（感知又は処理条件への）同調性により、（例えば酸素雰囲気における）殺菌及び除染、血液凝固、及び創傷焼灼（治癒）、そしてがん細胞治療などの治療的適用に、特有に適する。その他の適用は、空間的選択性が重要な特性である樹状突起及びニューロンのプロービングを含む。

例として、一適用において、創傷の周囲に酸素を注入して電子ビームで創傷を走査することによって創傷は処置される。生成される酸素ガスプラズマは創傷の殺菌及び除染に役立つ。

前述された明細書において、本発明の特定の例示的実施形態が記載されてきた。しかしながら、種々の変形及び変更がおこなわれ得るということは明白である。よって、明細書及び図面は、限定的意味というよりも例示として考えられる。本明細書に開示される様々な特徴及び有利性は以下のように記述され得る。

全体として、大気プラズマ装置が開示され、該装置は、その第１の側にオリフィスを備えた真空筐体と、真空筐体内に配置され、且つ電子抽出開口部を備えた電子源と、抽出開口部の近傍に配置され、且つ電子源から電子を抽出して電子ビームを形成し、該電子ビームを前記オリフィスを介して方向づけるように構成された抽出器と、オリフィスを覆うように配置された膜又は開口プレートと、を含み、開口プレートは、電子ビームが開口を通過するときに電子ビームの直径を減縮するように、電子ビームの直径よりも小さい直径の開口を有し、膜又は開口プレートの表面は導電性であり、且つ導電性ラインが取り付けられており、電子ビームは、オリフィスの直径よりも小さい直径を有するように構成され、且つ開口を出ると大気を電離してプラズマのカラムを維持するように構成される。該装置は、開口プレートを真空筐体から電気的に絶縁するように構成された電気絶縁部と、開口プレートと真空筐体の第１の側との間に配置された膜と、真空筐体の第１の側に取り付けられ、その下部に開口プレートが取り付けられた差動ポンプチャンバと、真空筐体の内側に配置された静電レンズと、のうちの１つ以上をさらに含むとよい。開口プレートは複数の電気的に絶縁された部分を含み、その部分のそれぞれは各導電性ラインに連結されているとよい。

また、試料の電圧コントラストイメージングをおこなうための方法が開示され、該方法は、真空筐体内の電子源から電子ビームを抽出するステップと、電子ビームを前記真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させ、電子ビーム周囲のガス分子を電離して、電離種のカラムを生成するステップと、電子ビームが雰囲気ガスに入射する点と対向して配置された試料の選択領域に、電子ビームを走査させるステップと、プラズマに電圧電位を印加して、試料から収集電極への電子電流を駆動させるステップと、収集電極と試料との間を流れる電子電流量を測定するステップと、選択領域の各位置で測定された電子電流量を用いてイメージを生成し、該イメージをモニタに表示するステップとを含む。

電子ビーム誘導プラズマプローブを用いて３次元位置合わせをおこなうための他の方法が開示され、該方法は、真空筐体内の電子源から電子ビームを抽出するステップと、電子ビームを真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させ、電子ビーム周囲のガス分子を電離して、プラズマプローブを規定する電離種のカラムを生成するステップと、電子ビームが雰囲気ガスに入射する点と対向して配置された試料の選択領域に、プラズマプローブを走査させるステップと、プラズマに電圧電位を印加して、試料から収集電極への電子電流を駆動させるステップと、収集電極と試料との間を流れる電子電流量を測定するステップと、試料から散乱した後方散乱電子を測定するステップと、後方散乱電子の測定を使用してプラズマプローブの横方向の位置合わせを決定するステップと、前記電子電流の測定を使用して前記プラズマプローブの垂直方向の位置合わせを決定するステップとを含む。該方法は、さらに正確な位置合わせのために、試料の材料組成及びトポグラフィのうちの少なくとも１つ事前情報を用いることをさらに含むとよい。電子ビーム誘導プラズマプローブを用いる３次元位置合わせは、電子ビーム誘導プラズマプローブを利用した処理及び測定適用と共に、又は電圧イメージング光学システムを用いたＬＣＤアレイテストと共に位置合わせ機能として用いられるとよい。電子ビーム誘導プラズマの横方向のサイズは、位置合わせをする部分の横方向のサイズより大きくともよい。

電子ビーム誘導プラズマプローブを用いて試料を検査するためのさらなる方法が開示され、該方法は、真空筐体内の電子源から電子ビームを抽出するステップと、電子ビームを真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させ、電子ビーム周囲のガス分子を電離して、プラズマプローブを規定する電離種のカラムを生成するステップと、電子ビームが雰囲気ガスに入射する点と対向して配置された試料の選択領域に、プラズマプローブを走査させるステップと、プラズマに電圧電位を印加して、試料から収集電極への電子電流を駆動させるステップと、収集電極と試料との間を流れる電子電流量を測定するステップと、試料によってもたらされた電子電流の測定における変化を逆畳み込みするステップと、測定された電子電流における逆畳み込みされた変化を用いて、試料の材料組成の変化及びトポグラフィの変化のうちの少なくとも１つを測定するステップとを含む。該方法は、試料の材料組成の事前情報を用いてトポグラフィを測定することをさらに含むとよい。該方法は、プラズマから試料へ、又は試料からプラズマへと流れる電子電流量を測定するステップ、試料のトポグラフィによってもたらされた電子電流測定における変化を逆畳み込みするステップと、測定された電子電流おける逆畳み込みされた変化を用いて試料の材料組成における変化を測定するステップとをさらに含むとよい。

上述の方法は、電子ビームを走査させる前に、直径限定開口に電子電流を通過させることをさらに含むとよい。また、該方法は試料及び直径限定開口にバイアスを印加することをさらに含むとよい。

開示される他の方法は、太陽電池のエッジシャント検出、絶縁、及び修復のためのものであって、該方法は、電子源から電子ビームを抽出するステップと、電子ビームでソーラー試料を励起させて、試料の光学的及び電気的反応を測定するステップとを含む。該方法は、プラズマプローブを生成するために電子ビームを用いてプラズマを維持するステップと、電子ビームプラズマプローブを用いて、局所的に太陽電池のインピーダンスを測定するステップと、測定されたインピーダンスに基づいてシャントを検出するステップとを含むとよい。該方法は、電子ビームを太陽電池の周囲領域で走査させて、シャントを検出した位置で切断又は太陽電池の周囲エッジの物質を除去するステップをさらに含むとよい。

また、試料の表面特性を改変するための方法も開示され、該方法は、規定の直径を有する電子ビームを電子源から抽出するステップと、電子ビームを真空筐体から近傍の雰囲気ガスに透過させ、電子ビーム周囲のガス分子を電離して、プラズマプローブを形成する電離種のカラムを生成するステップと、電子ビームが雰囲気ガスに出るときに電子ビームの横方向のサイズを操作するステップと、試料の選択領域にプラズマプローブを走査させて、試料の表面特性を改変するステップとを含む。表面の改変は、アッシング、エッチング、表面活性化、不動態化、湿潤化、及び機能化のうちの１つを含むとよい。該方法は、試料の表面化学を改変する前駆体ガスを使用することをさらに含むとよい。

開示される他の方法は生組織の処置のためのものであり、該方法は、規定の直径を有する電子ビームを電子源から抽出するステップと、電子ビームを真空筐体から近傍の雰囲気ガスに透過させ、電子ビーム周囲のガス分子を電離して、電離種のカラムを生成するステップと、電子ビームが雰囲気ガスに出るときに電子ビームの横方向のサイズを操作するステップと、生組織の選択領域にプラズマ電離種を方向づけるステップと、を含む。処置は、治療的適用、殺菌、除染、創傷治癒、血液凝固、がん細胞処置のうちの１つを含むとよい。

Claims (32)

1. 大気プラズマ装置であって、
   その第１の側にオリフィスを備えた真空筐体と、
   前記真空筐体内に配置され、電子抽出開口部を備えた電子源と、
   前記抽出開口部の近傍に配置され、また前記電子源から電子を抽出して電子ビームを形成し、該電子ビームを前記オリフィスを介して方向づけるように構成された抽出器と、
   前記電子ビームが前記真空筐体を出ることが可能であるように構成されたカバーと、を含み、
   前記電子ビームは、前記オリフィスの直径よりも小さい直径をするように構成され、且つ前記真空筐体を出ると大気を電離して空間的に限定されたプラズマカラム又はプラズマプローブを維持するように構成された、装置。
2. 前記電子ビームが前記真空筐体を出た後に進行する空間にガス混合物を制御可能に注入するために、少なくとも１つのガス注入器をさらに含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記真空筐体内に配置された静電レンズをさらに含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記真空筐体の外部に面する前記カバーの表面は、導電性であり、前記真空筐体から電気的に絶縁され、導電性ラインが取り付けられている、請求項１に記載の装置。
5. 前記電子ビームが前記真空筐体を出ることが可能であるように構成された前記カバーは膜であり、該膜は、前記真空筐体における真空を保持し、且つ前記電子ビームを実質的に透過させるように適応される、請求項１に記載の装置。
6. 前記電子ビームが前記真空筐体を出ることが可能であるように構成された前記カバーは開口プレートであり、該開口プレートは、前記真空筐体における真空を保持するように、且つ前記電子ビームがその開口を通過するときに前記電子ビームの直径を減縮するように適応されたオリフィスを備える、請求項１に記載の装置。
7. 前記開口プレートと前記真空筐体の前記第１の側との間に配置された膜をさらに含む、請求項６に記載の装置。
8. 前記真空筐体の前記第１の側に取り付けられた差動ポンプチャンバをさらに含み、前記差動ポンプチャンバの下部に前記開口プレートが取り付けられる、請求項６に記載の装置。
9. 前記開口プレートは電気的に絶縁された複数の部分を含み、前記部分のぞれぞれは各導電性ラインに連結される、請求項６に記載の装置。
10. 試料の電圧コントラストイメージングをおこなうための方法であって、
    真空筐体内の電子源から電子ビームを抽出するステップと、
    前記電子ビームを前記真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させ、前記電子ビーム周囲の前記雰囲気ガスを電離して、プラズマプローブを生成するステップと、
    前記電子ビームが前記雰囲気ガスに入射する点と対向して配置された前記試料の選択領域に、前記プラズマプローブを走査させるステップと、
    前記プラズマプローブに電圧電位を印加して、前記試料から収集電極への電子電流を駆動させるステップと、
    前記収集電極と前記試料との間を流れる電子電流量を測定するステップと、
    前記選択領域の各位置で測定された前記電子電流量を用いてイメージを生成し、前記イメージをモニタに表示するステップとを含む、方法。
11. 電子ビーム誘導プラズマプローブを用いて３次元位置合わせをおこなうための方法であって、
    真空筐体内の電子源から電子ビームを抽出するステップと、
    前記電子ビームを前記真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させ、前記電子ビーム周囲の前記雰囲気ガスを電離して、プラズマプローブを生成するステップと、
    前記電子ビームが前記雰囲気ガスに入射する点と対向して配置された試料の選択領域に、前記プラズマプローブを走査させるステップと、
    前記プラズマプローブに電圧電位を印加して、前記試料から収集電極への電子電流を駆動させるステップと、
    前記収集電極と前記試料との間を流れる電子電流量を測定するステップと、
    前記試料から散乱した後方散乱電子を測定するステップと、
    前記後方散乱電子の前記測定を使用して前記プラズマプローブの横方向の位置合わせを決定するステップと、
    前記電子電流の前記測定を使用して前記プラズマプローブの垂直方向の位置合わせを決定するステップとを含む、方法。
12. 前記試料の材料組成及びトポグラフィのうちの少なくとも１つの事前情報を、さらに正確な位置合わせのために用いることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記電子ビーム誘導プラズマプローブを用いる３次元位置合わせは、電子ビーム誘導プラズマプローブを利用した処理又は測定の適用と共に位置合わせ機能として使用される、請求項１１に記載の方法。
14. 電子ビーム誘導プラズマプローブを用いて試料を検査するための方法であって、
    真空筐体内の電子源から電子ビームを抽出するステップと、
    前記電子ビームを前記真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させ、前記電子ビーム周囲の前記雰囲気ガスを電離して、プラズマプローブを生成するステップと、
    前記電子ビームが前記雰囲気ガスに入射する点と対向して配置された前記試料の選択領域に、前記プラズマプローブを走査させるステップと、
    前記プラズマプローブに電圧電位を印加して、前記試料から収集電極への電子電流を駆動させるステップと、
    前記収集電極と前記試料との間を流れる電子電流量を測定するステップと、
    前記試料によってもたらされた前記電子電流の前記測定における変化を逆畳み込みするステップと、
    前記測定された前記電子電流における前記逆畳み込みされた変化を用いて、前記試料の材料組成の変化とトポグラフィの変化とのうちの少なくとも１つを測定するステップとを含む、方法。
15. 前記試料の材料組成の事前情報を用いてトポグラフィを測定することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記プラズマから前記試料へ、又は前記試料から前記プラズマへと流れる電子電流量を測定するステップと、
    前記試料のトポグラフィによってもたらされた前記電子電流の前記測定における変化を逆畳み込みするステップと、
    前記測定された前記電子電流における前記逆畳み込みされた変化を用いて、前記試料の材料組成における変化を測定するステップとをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
17. プラズマプローブを用いて試料における高アスペクト比構造を検査するための方法であって、
    真空筐体内の電子源から電子ビームを抽出するステップと、
    前記電子ビームを前記真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させ、前記電子ビーム周囲の前記雰囲気ガスを電離して、プラズマプローブを生成するステップと、
    前記電子ビームが前記雰囲気ガスに入射する点と対向して配置された前記試料の少なくとも１つの高アスペクト比構造に、前記プラズマプローブを走査させるステップと、
    前記プラズマプローブに電圧電位を印加して、前記試料から収集電極への電子電流を駆動させるステップと、
    前記収集電極から前記試料に、又は前記試料から前記収集電極に流れる電子電流量を測定するステップと、
    前記測定された信号を較正データと比較して、前記高アスペクト比構造の深さ又は高さの測定をおこなうステップとを含む、方法。
18. 前記雰囲気ガスは、１以上の不活性ガスの混合物を含む、請求項１０〜１７のいずれかに記載の方法。
19. 前記雰囲気ガスは空気を含む、請求項１０〜１７のいずれかに記載の方法。
20. 前記電子ビームを前記真空筐体から透過させることは、前記電子ビームを、真空環境と前記雰囲気ガスとを分離する開口プレートに設けられたピンホールを介して通過させることを含む、請求項１０〜１７のいずれかに記載の方法。
21. 試料の表面特性を改変するための方法であって、
    真空筐体内の電子源から規定の直径を有する電子ビームを抽出するステップと、
    前記電子ビームを前記真空筐体から近傍の雰囲気ガスに透過させ、前記電子ビーム周囲の前記雰囲気ガスを電離して、プラズマプローブを生成するステップと、
    前記プラズマプローブを前記試料の選択領域で走査させて、前記選択領域における前記試料の表面特性を改変するステップと、を含む方法。
22. 前記表面の改変は、アッシング、エッチング、表面活性化、不動態化、湿潤化、及び機能化のうちの１つを含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記試料の表面化学を改変するために前駆体ガスを使用するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
24. 太陽電池におけるエッジシャントの検出、絶縁、及び修復のため方法であって、
    真空筐体内の電子源から電子ビームを抽出するステップと、
    前記電子ビームでソーラー試料を励起させて、前記試料の光学的又は電気的反応を測定するステップとを含む、方法
25. 前記電子ビームを前記真空筐体から近傍の雰囲気ガスに透過させ、前記電子ビーム周囲の前記雰囲気ガスを電離して、プラズマプローブを生成するステップと、
    前記プラズマプローブを用いて、局所的に前記太陽電池のインピーダンスを測定するステップと、
    前記測定された前記インピーダンスに基づいてシャントを検出するステップとを含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記電子ビームを前記太陽電池の周囲領域で走査させて、前記太陽電池の周囲領域において前記シャントを検出した位置で物質を除去するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
27. ３Ｄプリントのための方法であって、
    真空筐体内の電子源から規定の直径を有する電子ビームを抽出するステップと、
    前記電子ビームを前記真空筐体から近傍の雰囲気ガスに透過させ、前記電子ビーム周囲の前記雰囲気ガスを電離して、プラズマプローブを生成するステップと、
    前記プラズマプローブを用いて、付着性を向上させるために表面を局所的に改変するステップと、
    スパッタリング又は金属細線を用いて金属を溶融して、事前に設計されたパターンに基づいて層を堆積させるステップと、
    前記溶融のステップを繰り返して、延長領域及び複数の垂直層にプリント動作をおこなうステップとを含み、
    前記電子ビームは電磁レンズ又は移動ステージを用いて走査され、前記電子ビームを制御するシステムはＣＡＤ対応コンピュータに接続され、該コンピュータによって制御される、方法。
28. 生組織の処置のため方法であって、
    規定の直径を有する電子ビームを電子源から抽出するステップと、
    前記電子ビームを前記真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させ、前記電子ビーム周囲の前記雰囲気ガスを電離して、プラズマプローブを生成するステップと、
    前記プラズマプローブを前記生組織の選択領域に方向づけるステップとを含む、方法。
29. 前記処置は、治療的適用、殺菌、除染、創傷治癒、血液凝固、がん細胞処置のうちの１つを含む、請求項２８に記載の方法。
30. ニューロン興奮のための方法であって、
    規定の直径を有する電子ビームを電子源から抽出するステップと、
    前記電子ビームを前記真空筐体から近傍の雰囲気ガス内に透過させ、前記電子ビーム周囲の前記雰囲気ガスを電離して、プラズマプローブを生成するステップと、
    前記プラズマプローブを選択されたニューロンに方向づけるステップとを含む、方法。
31. 前記電子ビームを前記真空筐体から透過させることは、前記電子ビームを、真空環境と前記雰囲気ガスとを分離する開口プレートに設けられたピンホールを介して通過させることを含む、請求項２１〜３０のいずれかに記載の方法。
32. 前記試料との相互的作用前又は前記試料の改変前に感知し、前記試料の処理、相互的作用、又は改変をおこない、前記試料の前記処理、相互的作用、又は改変後に再び感知するために電子ビーム及び／又はプラズマを使用して、感知・処理・感知の閉ループ処理を構築することをさらに含む、請求項２１〜３０のいずれかに記載の方法。