TW201530602A - 應用電子束誘發電漿探針以檢測、測試、偵錯及表面改質 - Google Patents

應用電子束誘發電漿探針以檢測、測試、偵錯及表面改質 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種電子束誘發電漿，其經利用以建立一非機械、電接觸至一所關注器件。此電漿源可稱為大氣電漿源且可經組態提供具有非常精細之直徑及可控特性之一電漿柱。該電漿柱橫過在該電漿源與該所關注器件之間的大氣空間至大氣中，且以可自該器件收集一特性電信號之此一方式充當至該所關注器件之一電路徑。另外，藉由控制流動至該電漿柱中之氣體，探針可用於表面改質、蝕刻及沈積。

Description

應用電子束誘發電漿探針以檢測、測試、偵錯及表面改質 [相關申請案之交叉參考]
本發明主張在2013年10月3日申請之美國臨時申請案序號61/886,625之優先權利，且亦係關於在2012年7月10日申請之題為「ELECTRICAL INSPECTION OF ELECTRONIC DEVICES USING ELECTRON-BEAM INDUCED PLASMA PROBES(使用電子束誘發電漿探針來電檢測電子器件)」之PCT申請案第WO2013/012616號，該兩案之全部內容以引用之方式併入本文。
本發明之各種實施例大體上係關於電子器件之非機械接觸探測以及器件及組織之表面改質。特定言之，各種實施例係關於應用電子束誘發電漿探針以量測及表面改質。
在圖案化結構上量測及施加電壓及電流而不必建立機械接觸之能力係對半導體器件及平板顯示器(例如液晶及有機發光二極體(OLED)顯示器、底板及印刷電路板)之功能(電)測試具有重要意義，此係由於非機械接觸探測最小化被測器件/面板之損害之可能性且亦有助於改良測試處理量。
Photon Dynamics(一Orbotech公司)之Voltage Imaging®光學系統 (VIOS)採用光電換能器，以將被測器件上之電場變換為由一光學感測器擷取之光資訊。其他技術藉由二級電子提供被測器件上之電壓之一間接量測且需要器件放置於真空中。此等方法大部分係適用於量測且仍需要機械接觸器件之周邊上之襯墊，以驅動用於檢測之信號。
對於作為一新類別電流驅動式器件(諸如OLED)出現之一非機械探針之需要已經開發。相對於於電壓驅動式器件(諸如習知LCD)，在陣列製造後測試OLED型平板顯示器之較佳方式係藉由容許一電流非破壞性地穿過未密封像素電極，尤其在具有小單元保持電容之該等OLED架構中。最近出現基於導電電漿之一單獨類別檢測方法。此等方法之主要概念係包含除靜態離子外之移動二級電子之一導向電漿可充當一非機械接觸探針。在過去已提出若干此等「電漿探測」方法。此等方法可大略分為兩個類別，一個類別係基於高強度雷射誘發離子化，此表示在給定高離子化臨限值之情況下，對被測器件之雷射誘發損害之可能風險性，且另一類別係基於高電壓電暈放電，其中電離物種具有寬範圍散射角度(少量導向控制)且亦表示尤其與電弧有關之損害風險性。
使用隔膜及差動泵取孔隙之電子束成像系統已用來將電子束傳播至一周圍氣體中，用於在掃描式電子顯微鏡(SEM)中之活/濕樣本之電子束特徵化或活樣品上之X射線繞射。
用於半導體製造中之最先進基於電子束之檢測及配準系統大部分依靠真空中之二級電子(SE)及/或回散射電子(BSE)成像。此技術涉及大型真空外殼及複雜電子光學件，而導致高系統成本、大工廠覆蓋區且潛在影響輸出量。用於半導體製造中之電子束應用之實例包含使用SE之電壓對比量測，用於導通孔短路檢測(在IC製造程序中之一些處理步驟處)、高縱橫比特徵(例如，深渠槽及矽通孔(TSV))成像及使用回散射電子之樣品配準。
在先前申請之PCT申請案第WO2013/012616號中，描述用於測試平板顯示器之一大氣電漿探針。本文詳細說明可使用相同或一類似電漿探針之額外應用之開發之進一步工作。
為提供本發明之一些態樣及特徵之一基礎理解，包含下列【發明內容】。此【發明內容】並非本發明之一廣泛概述，且因此，其非意在特別識別本發明之關鍵或主要元件或刻劃本發明之範疇。【發明內容】之獨有目的係在下文將呈現之【實施方式】之前以一簡化形式呈現本發明之一些概念。
各種所揭示之實施例利用電子束誘發電漿(eBIP)以建立與一所關注器件之一非機械、電接觸。此電漿源可稱為大氣電漿源且可經組態以提供具有非常精細直徑及可控特性之一電漿柱。電漿柱橫過電漿源之間的大氣空間至大氣(通過隔膜或針孔)及所關注器件中且以可自器件收集一特性電信號之此一方式充當至所關注器件之一電路徑。另外，藉由控制流至電漿柱中之氣體，探針可用於表面改質、蝕刻及沈積。
在各種所揭示之實施例中，電子束及產生之電漿係同時或連續用於各種功能。舉例而言，電子束係用於產生及維持電漿兩者且亦激發一所關注樣品，(例如)以在樣品內側產生電子電洞對。接著，藉由驅動電子束所維持之導電電漿係用於將一電信號傳遞至一外部量測裝置，因此提供用於電子束之激發所產生之電流量之一感測器。使用此方法，原位完成激發及感測(即，在產生電流之確切點處收集電流)，而形成一閉迴路操作。
根據所揭示之態樣，提供一種大氣電漿裝置，其包括：一真空外殼，其在其之一第一側處具有一孔口；一電子源，其經定位於真空外殼之內側且具有一電子提取開口；一提取器，其定位於提取開口之 附近，且經組態提取來自電子源之電子以形成一電子束且將電子束引導穿過孔口，其中電子束經組態以具有小於孔口之直徑之一直徑；一孔隙板，其經定位以覆蓋該孔口，孔隙板係導電的且具有附接至其之一導電線，且其中孔隙板具有直徑小於電子束之直徑之一孔隙，使得孔隙板在電子束穿過孔隙時減小電子束之直徑；及，其中電子束經組態在其離開孔隙時離子化大氣，以維持一電漿柱。
根據進一步態樣，提供一種用於執行一樣品之電壓對比成像之方法，其包括：在一真空外殼中提取來自一電子源之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱；使該電子束掃描遍及與電子束至周圍氣體中之入口點相對定位之一樣品之一選定區域；跨電漿施加一電壓電位以自樣品將一電子電流驅動至一拾取電極；量測在拾取電極與樣品之間流動之電子電流量；且使用在選定區域上之各位置處量測之電子電流量來產生一影像且在一監視器上顯示該影像。方法可進一步包含使用影像或量測電流以偵測樣品中之缺陷之一步驟。
根據其他所揭示之態樣，提供一種用於使用一電子束誘發電漿探針執行尺寸配準之方法，其包括：在一真空外殼中提取來自一電子源之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱，從而界定一電漿探針；使電漿探針掃描遍及與電子束至周圍氣體中之入口點相對定位之一樣品之一選定區域；跨電漿施加一電壓電位以自樣品將一電子電流驅動至一拾取電極；量測在拾取電極與樣品之間流動之電子電流量；且使用電子電流之量測來判定電漿探針之垂直配準。方法可進一步包含量測自樣品散射之回散射電子及使用回散射電子之量測來判定電漿探針之橫向配準，從而提供三維配準。在一些態樣中，配準係用於執行LED、OLED或LCD陣列測試。
根據另進一步態樣，提供一種用於使用電子束誘發電漿探針檢測一樣品之材料組成物分佈之方法，其包括：在一真空外殼中提取來自一電子源之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱，而界定一電漿探針；使電漿探針掃描遍及與電子束至周圍氣體中之入口點相對定位之一樣品之一選定區域；跨電漿施加一電壓電位以自樣品將一電子電流驅動至一拾取電極；量測自拾取電極流動至樣品中(反之亦然)之電子電流量；解迴旋由樣品之表面構形特徵造成之電子電流之量測中之改變；使用在量測電子電流中之解迴旋改變來判定樣品之材料組成物中之改變。
在其他態樣中，提供一種用於使用電子束電漿探針量測一樣品之表面構形之方法，其包括：在一真空外殼中提取來自一電子源之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱，而界定一電漿探針；使電漿探針掃描遍及與電子束至周圍氣體中之入口點相對定位之一樣品之一選定區域；跨電漿施加一電壓電位以自樣品將一電子電流驅動至一拾取電極；量測自拾取電極流動至樣品中(反之亦然)之電子電流量；解迴旋由樣品之材料組成物造成之電子電流之量測中之改變；使用在量測電子電流中之解迴旋改變來判定樣品之表面構形中之改變。
根據進一步態樣，提供一種用於在一樣品中檢測高縱橫比結構(導通孔(即孔)及柱兩者)之方法。導通孔可係敞開未充填孔或用其他材料充填。此方法包括：在一真空外殼中提取來自一電子源之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱，而界定電漿探針；使電漿探針掃描遍及與電子束至周圍氣體中之入口點相對定位之一樣品之一選定區域；使該電漿探針掃描遍及高縱橫比結構上方之樣品之一選定 區域；跨電漿施加一電壓電位以自樣品將一電子電流驅動至一拾取電極；量測自拾取電極流動至樣品中(反之亦然)之電子電流量；使用在選定區域上方之各像素處量測之電子電流量來產生一影像且在一監視器上顯示影像。可藉由用高縱橫比特徵之高度或深度校準產生之信號以產生特徵之深度或高度之一量測而執行高縱橫比特徵之量測。方法可進一步包含基於量測之電流，偵測經檢測高縱橫比結構中之缺陷或程序偏差之一步驟。
其他態樣提供一種用於執行在一樣品中之嵌入缺陷之大氣電子束誘發電流量測之方法，其包括：提取來自一電子源之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱，而界定一電漿探針；使電子束掃描遍及與電子束至周圍氣體中之入口點相對定位之一樣品之一選定區域，以在樣品中產生電子電洞對；使用電漿探針柱來收集來自樣品之電流；及，量測自樣品流動之電流量。方法可進一步包含將其他可控注入電漿中。
根據進一步態樣，提供一種用於神經元激發之方法，其包括：自一電子源提取具有一經界定直徑之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱；將離子化物種引導至選定神經元上。
一進一步態樣提供一種用於3D印刷金屬之方法，其包括：自一電子源提取具有一經界定直徑之多達數十keV能量之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱，而界定一電漿探針；使用電漿來製備一表面用於應用；使用初級電子束熔化濺鍍金屬顆粒、微細金屬粉末或薄金屬線，以基於一預設計圖案沈積一層；重複以上程序以在一擴展區域及多個垂直層上方執行印刷動作。可使用電磁透鏡或一移動 台使電子束進行掃描。3D印刷裝置可連接至且受控於具備電腦輔助製圖(CAD)能力之電腦。方法可包含在一印刷樣品之選定區域上方引導離子化物種以從而將添加物元素黏著至印刷樣品。
根據又進一步態樣，提供用於活組織之處理之方法，其等包括：自一電子源提取具有一經界定直徑之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱；在電子束離開進入周圍氣體中時操縱電子束之橫向尺寸；在活組織之選定區域上方引導電漿離子化物種。處理可包括治療應用、滅菌、去污、創傷癒合、血凝結、癌細胞處理之一者。
其他態樣包含用於使一樣品之表面特性改質之方法，其等包括：自一電子源提取具有一經界定直徑之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱，而形成一電漿探針；在電子束離開至周圍氣體中時操縱電子束之橫向尺寸；使電漿探針掃描遍及樣品之選定區域，以使樣品之表面特性改質。表面改質可包括灰化、蝕刻、表面活化、鈍化及功能化之一者。
在所揭示之實施例之任一者中，周圍氣體可包括空氣或一或多種惰性氣體之一混合。同樣地，自真空外殼傳輸電子束可包括經由將真空環境與周圍氣體分離之一孔隙板中提供之針孔傳遞電子束。自真空外殼傳輸電子束可進一步包括在傳遞電子束穿過針孔前傳遞電子束穿過一隔膜。一電壓電位可經施加至樣品、孔隙板或隔膜之至少一者。孔隙板或隔膜可包括一拾取電極。方法可進一步包括在與樣品交互作用或使樣品改質前使用電子束及/或電漿來感測；接著處理、交互作用或使樣品改質，接著在處理、交互作用或使樣品改質後再感測。如此，方法建立閉合迴路處理(感測-處理-感測)。
100‧‧‧非機械接觸信號量測裝置
110‧‧‧電子束
120‧‧‧電子束產生器
130‧‧‧真空
140‧‧‧真空外殼/真空腔室
140a‧‧‧真空外殼
145‧‧‧孔口
150‧‧‧周圍氣體
155‧‧‧隔膜及框架總成
160‧‧‧電漿
165‧‧‧第一導體或半導體
170‧‧‧樣品
171‧‧‧氣體注射器/噴嘴
175‧‧‧基底
180‧‧‧第二導體/電極/感測器
181‧‧‧回散射電子(BSE)偵測器
185‧‧‧電量測器件
190‧‧‧信號源
195‧‧‧檢測頭部
198‧‧‧資料儲存及系統控制區塊
611‧‧‧孔隙板
622‧‧‧電子束
633‧‧‧針孔
711‧‧‧針孔孔隙
713‧‧‧隔膜
714‧‧‧電絕緣體
716‧‧‧電線
718‧‧‧電漿
811‧‧‧針孔孔隙板
816‧‧‧電線
823‧‧‧二級泵取腔室
831‧‧‧真空泵
840‧‧‧主腔室
911‧‧‧針孔孔隙板
913‧‧‧小針孔
915‧‧‧電隔離件
917‧‧‧導電線
1011‧‧‧針孔孔隙板
1015‧‧‧電隔離件
1017‧‧‧導電線
da‧‧‧大氣中之電子束之直徑
dv‧‧‧真空中之電子束之直徑
T‧‧‧厚度
併入且構成此說明書之一部分之隨附圖式例示本發明之實施例且與描述一起用來解釋及繪示本發明之原理。圖式意在以一圖解方式繪示例示性實施例之主要特徵。圖式非意在描繪實際實施例之每一個特徵或所描繪之元件之相對尺寸，且未按比例繪製。
圖1係根據本發明之一第一實施例之一非機械接觸信號量測裝置之一示意性及橫截面視圖。
圖2係繪示用於電壓對比檢測之一方法之一示意圖。
圖2A係繪示一實施例之一示意圖，其中電壓電位經施加至電極，使得電子電流自電漿經驅動至樣品。
圖3係繪示用於高縱橫比孔及渠槽檢測之一方法之一示意圖。
圖4係繪示用於3-d配準之一方法之一示意圖，同時圖4A繪示根據所揭示之實施例可用於3-d配準之一裝置。
圖5係繪示用於電子束誘發電流(EBIC)之一方法之一示意圖。
圖6係繪示用於控制大氣中之電子束之直徑之一針孔之操作之一示意圖。
圖7係根據利用針孔之一項實施例之一裝置之一示意圖。
圖8係繪示根據利用針孔及可與差動泵取一起使用之第二腔室之另一實施例之另一裝置之一示意圖。
圖9繪示可用於本文描述之實施例之任一者中之一針孔孔隙板之一俯視圖。如展示，孔隙板具有一小針孔，且提供一電隔離以將板分為四個象限。
圖10繪示可用於本文描述之實施例之任一者中之一針孔孔隙板之一俯視圖。如展示，孔隙板具有一小針孔，且提供一電隔離以將板分為同心電隔離圓形區段。
圖11係使用電子束誘發電漿探針用於空間可選擇表面改質(活化、潤濕、功能化等等)之一圖解說明。
圖12係使用用於3D印刷之電子束誘發電漿探針之一圖解說明。一饋送線供應待印刷之材料；初級束熔化線且電漿電流可用於感測印刷材料。
圖13係使用用於治療及神經處理應用之電子束之一圖解說明。
下文描述之各種實施例基於一高解析度、高靈敏度及精巧大氣電子束誘發電漿探針技術提供解決方案。此技術本質上依靠此事實：由空氣中電子束驅動之碰撞離子化事件產生之冷電漿(幾eV)充當一非機械導電接觸，而容許經由產生之二級電漿電子電流量測被測器件(DUT)上之電壓。顧名思義，此技術不需要DUT固持於真空中。實情係，僅電子發射器(陰極)及電子光學件需要保持於一真空外殼中。此外，此技術之實施僅需要簡單電子光學件組態(例如，一提取網格及一靜電透鏡)來保持槍之成本低及其大小(及因此外殼之大小)精巧。電子束離開包含電子槍之真空外殼藉由一薄、電子透明隔膜(由例如，SiN、SiC、Be等等製成)及/或經受差動泵取之一微觀針孔至周圍大氣環境中。可由施加至面向DUT之隔膜之側之一導電薄膜(具有小於20nm之厚度之Ti、Cr等等)或(在使用一針孔的情況下)針孔自身(假定其係由導電材料製成且與電子槍外殼之剩餘部分隔離)拾取由電漿探針中之移動二級電子攜載之信號。自此，信號經饋送至適當採集器件(例如，用於進一步信號處理之一高準確度、高速靜電計)。
在不損失本發明之新奇性或實用性的情況下，亦可藉由使用一小直徑電子束發射器及高度集中之電子束柱來達成下文列出之各種應用所需要之空間解析度。雖然此方法可增大系統成本，但其仍在系統需要之真空及負載鎖定樣品外殼內提供差異優點。實施本文所描述之應用之與電漿探針相關聯之物理學係獨立於產生最終電子束點之方法。
然而，產生一高解析度之最終電子束點之最簡單方法係使用一針孔作為輸出電子束之一孔隙。此方法自束能量解耦電子束直徑，從而減少對高端電子光學件之需要，以達成小且穩定焦點且為系統精巧度提供更多可能。再者，針孔可充當一偏壓及信號收集電極，且其可容許使用比一獨立隔膜更高之入射電子束電流。此外，一足夠厚之真空可經分段為4個隔離象限以容許束偏轉控制。可以將此孔隙附接至隔膜或附接至一第二腔室上之此一方式來實施此孔隙。
針孔之邊緣應係足夠厚以停止入射初級電子束，使得形成一頂帽式束輪廓。此繼而產生具有良好界定之邊緣之一電漿探針，而最小化表皮深度及自陣列目標之串擾。此外，針孔應係足夠小於入射電子束，且具有一導電表面，使得其接觸在陰極腔室之空氣側上產生之電漿「線」。針孔亦應係足夠厚(通常比50微米厚)，以容許一漆包線附接至其邊緣且防止電荷累積。最後，針孔應與腔室注意電絕緣；即，針孔不應短路至接地。
為更佳理解下文描述之各種實施例，首先將提供大氣電子束誘發電漿源之一簡要描述。電子束可提供空氣或其他其他之有效離子化，且產生高度導向電漿柱，而具有損害被測器件(在下文中替代地稱為被測結構)之極少風險。電子束亦可提供電漿探針之橫向大小之控制，此係量測器件上之小、高強度導體上之電信號之一重要優點。
圖1係根據本發明之一第一實施例之一非機械接觸信號量測裝置100之一示意性及橫截面視圖。使用習知方法在一真空130中由一電子束產生器120產生一電子束110。電子束110穿過定位於真空外殼140a之一部分中之一孔口145離開一真空外殼140(在下文中替代稱為真空腔室)。電子束之一部分經傳遞至在真空外殼外側之一周圍氣體150(在下文中替代稱為周圍環境或氣體)中。在包含電子束產生器之真空外殼內側之真空可由對於電子束半透明之一隔膜及框架總成155保 存。替代地，當孔口或多個孔口係足夠小以保存在真空外殼內側之真空時，隔膜及框架總成155係選用的。
在進入周圍氣體後，在引導至氣體中之電子束之部分中之電子與氣體原子碰撞，且透過離子化偏轉或失去能量。因此，引導至氣體中之電子束之部分包含電子束穿過之氣體中之一電漿160(在下午中替代稱為電漿探針)。除慢氣體離子外，此等電子氣體碰撞產生自由導電之低能量二級電子。因此，可透過電漿來量測或施加電壓及電流。接著，電漿可充當一非機械接觸電或電漿探針。回散射電子非用於攜載電漿探針中之電壓或電流信號，但可為本發明之額外益處使用一適當偵測器予以收集。
圖1亦展示提供於一被測結構170上之一第一導體或半導體165，氣體可與第一導體或半導體165接觸。被測結構可由一基底175支撐或在基底175上實施。可用一第二導體180塗佈面向「器件」或「被測結構」(在真空外殼之外側)之隔膜及框架總成之側，如將在下文更詳細描述，第二導體180可係一薄導電膜。氣體150係與第一導體165及第二導體180接觸。在一替代實施例中，圍繞束離開外殼穿過之隔膜或孔隙之真空外殼之一部分可由導電材料或用對應於第二導體之一導電器件側膜塗佈之材料製成。在另一替代實施例中，第二導體可經形成為在隔膜/框架總成155與第一導體之間某處之一單獨電極或膜，但不必要直接附接至隔膜，只要第二導體經電耦合至電漿，其不干擾真空外殼外側之電子束之部分，且可經附接至一檢測頭部195。真空外殼、電子束產生器及第二導體可稱為產生電漿探針之檢測頭部195。
第二導體180可經耦合至一電量測器件185或一信號源190。一資料儲存及系統控制區塊198控制測試常式且儲存量測資料且經耦合至檢測頭部195、電量測器件185及信號源190。資料儲存及系統控制區塊198內之資料儲存單元可經耦合至量測器件且經調適以儲存來自量 測器件185之複數個資料值。資料儲存及系統控制區塊198內之一控制單元可經耦合至資料儲存單元、量測器件185及信號源190。資料儲存單元、量測器件185及信號源190可回應於控制單元。
圖6係用於解釋根據本發明之一項實施例之一針孔孔隙之構造及操作之一特寫圖解說明。一孔隙板611經定位於電子束622之路徑中，而將真空側與大氣側分離。孔隙板611包含一針孔633，針孔633之直徑小於真空中之電子束之直徑dv。因此，針孔之大小控制大氣中之電子束之直徑da。即，針孔孔隙界定離開陰極腔室之電子束，該孔隙不同於用於可能之差動泵取之孔隙。為電子束定孔隙亦控制電漿探針之直徑。當真空孔隙係用於與一隔膜接合時，來自陰極腔室之初級電流受限於隔膜耐受自入射電子束產生之熱量之能力。當在無一隔膜的情況下使用針孔(即，在一差動泵取組態中)時此限制不再適用，儘管在真空系統上施加約束。針孔孔隙使電子束之直徑自電子束能量解耦，而消除高端電子光學件之需要。
如在圖6中繪示，孔隙之邊緣應具有足夠厚度(指示為T)來在所需處停止入射初級電子束且以形成頂帽式束輪廓。此產生具有硬邊緣之一電漿探針而自陣列目標最小化表皮深度及串擾。
圖7繪示一裝置，該裝置利用一針孔孔隙711，諸如在圖6中展示之針孔孔隙。在圖7中，可使用具有或不具有一隔膜713之針孔孔隙；然而，必須在針孔孔隙板與腔室主體之間提供一電絕緣體714，使得針孔孔隙711未短路至腔室主體。一電線716(例如，一漆包薄線)經連接至針孔孔隙711以完成自電漿718、穿過針孔孔隙板且至線之信號路徑。
圖8繪示另一實施例，其中針孔孔隙板811係用於一二級泵取腔室823中以輔助差動泵取。亦在此實施例中，針孔孔隙板811必須與二級泵取腔室823隔離，且一電線816應連接至板以閉合電路徑。二級腔室 823可由真空泵831單獨泵取且獨立於主腔室840之真空泵取。
圖9繪示可用於本文描述之實施例之任一者中之一針孔孔隙板911之一俯視圖。如展示，孔隙板具有一小針孔913，且一電隔離件915經提供以將板分為四個象限。圖10繪示可用於本文描述之實施例之任一者中之另一針孔孔隙板1011之一俯視圖。如展示，孔隙板具有一小針孔1013，且一電隔離件1015經提供以將板分為同心電隔離之圓形區段。如在圖9及圖10中展示，單獨導電線917、1017經連接至孔隙板之各電隔離區段，使得各區段可單獨獲取信號。相反地或另外地，可將電位施加至各區段以驅動孔隙板作為一靜電透鏡來控制離開之電子束之形狀及定向。
高解析度電壓對比成像
電壓對比係一故障隔離技術，其有助於將良率問題與IC製造中之特定電路或電路區塊隔離。在先前技術中，藉由在一真空腔室中防置樣品且使用一電子束充電樣品，接著使用二級電子使樣品成像，而執行電壓對比量測。此大體上係兩步驟式程序且需要一高真空腔室及一精製電子束源。開路導通孔(即，無連接接地之金屬接觸)將留存電荷且在二級電子影像上與連接接地之導通孔表現不同。換言之，開路導通孔局部誘捕電荷且改變樣品之表面電壓。此可(例如)用於檢驗在一積體電路中接觸之哪個係閉合的且哪個係敞開的。
根據一項實施例，使用(例如)微影技術製成具有數十奈米直徑之一針孔。使用在針孔與DUT之間的相對短之工作距離(10至50微米)，具有50奈米及更小直徑之電漿束應係可達成的，同時存留足夠電子束電流來產生超過10pA之電漿信號。解析度與信號位準之此組合容許在關鍵IC結構(諸如開閘接觸)中偵測缺陷。不同於習知電壓對比成像技術，電子束誘發電漿探針方法不需要檢測導通孔之兩步驟式量測(預充電及探測)，以判定是否藉由修改二級電子發射橫截面而使導通 孔開路。電漿探針可藉由量測電漿電流且將其與一黃金參考相比較而以一單一步驟執行一開路/短路量測，電漿探針簡化工具配方且實現產量優點(見圖2)。
可藉由使電子束(且因此電漿柱)掃描遍及樣品來執行測試。施加一偏壓電位，使得來自電漿之電子經驅動至樣品中。透過連接至初級電子束離開裝置處之金屬孔隙之一偵測器量測來自樣品之電流。若掃描中之特徵經電連接至共同接地，則電流將流動且將在偵測器處記錄電流讀數。相反地，若掃描中之特徵被隔離(即，存在一開電路)，則電流不會流動且將在偵測器處記錄一不同值之電流讀數。隨著開電路或部分開電路之電阻改變，不同電流將流動，使得將獲得一不同電流讀數。此等電流讀數可經測繪以提供掃描區域之一電壓對比影像。
在圖2A中繪示此一配置之一項實例，其中電壓電位經施加至電極180，使得電子電流自電漿驅動至樣品170。提供與電極串聯之一電流量測，從而以量測流動至樣品170中之電流。應瞭解，若電漿探針接觸具有許多開路導通孔之樣品之一區域，則來自電子源之初級束之電子流將充電樣品，從而量測失真。因此，在一些實施例中，使施加至電極180之電位極性交替，以定期放電樣品。此確保一正確製造之特徵及一有缺陷之特徵將對於經由電漿探針施加之電壓提供一不同回應，從而實現電壓對比成像。
另外，在圖2A中，一氣體注射器171係用於將一氣體混合物注入電漿中以藉由混合物中氣體之原子序數及密度(其等控制在氣體混合物與電子束之間的交互作用橫截面)控制信號位準及電子束之束加寬量。舉例而言，注入氦將導致電子束之更小加寬，但亦導致更小信號。相反地，氬將產生電子束之更大加寬，而信號更強。因此，藉由控制注入氣體(例如，在一氦及氬混合物中之氬與氦之比率)，可控制束加寬及信號位準。
注意，在適當樣品偏壓下，電漿電流可係多達比入射電子束電流大兩個數量級。此係歸因於此事實：在初級電子束電流中之一單一電子(其通常具有在5至50keV範圍中之一能量)經歷一連串多個隨機非彈性碰撞，而產生充分移動來沿探針之整個長度(通常小於數百微米)攜載電漿信號之許多二級電子。可藉由使用一局部惰性氣體環境(Ar、Ne、……)使電漿電流進一步升壓，此導致更高之離子化率。另一方面，使用He應可達成(例如)更小之電漿直徑(即，低至若干奈米之更高解析度)。對於一給定應用，可藉由用一適當氣體混合物充滿在電子束之入口點與樣品之間的工作間隔而以一穩定方式預設計在探針解析度與導電性之間的權衡。
可瞭解，由於電漿探針係用於在一大氣環境中執行電壓對比檢測，而不需要檢測基板在真空中，故根據此實施例之工具可經整合至一處理工具中，而非係一獨立工具。舉例而言，電漿探針可經整合至一蝕刻器或CMP工具上以在晶圓處理完成後立即執行檢測。另外，(例如)為預測繪或對準之目的，電漿探針可經安裝於用於處理積體電路之一叢集工具之前端(亦稱為微環境)。
再者，電漿探針之可達成解析度可遠高於一習知電壓對比量測系統中之解析度。此係(至少部分)由於相對於被測結構之橫向大小，電漿探針之橫向大小需要係足夠小以偵測在結構與周圍背景之間的差動信號。由於電漿電流之信雜比(SNR)係非常高的，故電漿探針可相較於被測結構係相當大的，即，具有一大直徑或覆蓋面積。因此，有效解析度可經減小至約5奈米，同時使用具有更大之橫向大小之一電漿探針。另一方面，用於習知電壓對比量測系統中之二級電子成像需要入射電子束小於被探測之結構之大小。
此外，由於電漿探針不需要單獨平台及真空，故其產量可係遠大於一標準獨立工具。同樣地，電漿探針需要一單一步驟照明及成 像，而標準工具需要兩步驟式預配量及成像程序。
高縱橫比(HAR)結構及深渠槽檢測及成像
電子束誘發電漿探針電流對拾取電極與被測器件之間的間距非常靈敏。初步實驗室測試示範之次微米靈敏度，但可用更佳之電流偵測器達成更佳之靈敏度。歸因於在探針中之二級電子載體之有限平均自由路徑，探針柱靈敏度對離距之相依性係電漿表皮效應與剪切歐姆電阻之一組合。因此，電子束誘發電漿探針可用於成像及檢測高縱橫比半導體特徵，諸如深渠槽及基板(或矽)導通孔(TSV)；見圖3。HAR結構量測在現代電子件之3D整合及封裝中係重要的，且亦在高密度記憶體製造中係關鍵的。基於經驗觀察，期望可用電漿探針解決小於一微米之高度變化。歸因於前者技術(用於電壓對比量測中之二級電子具有有限平均自由路徑)中之相對短之焦深或後者(用於AFM中之懸臂具有有限行程)之幾何約束，競爭性技術(諸如掃描電子顯微術或原子力顯微術(AFM))未提供此能力。光散射量測係高縱橫比結果成像之一有用替代候選者，但非良好適用於稀疏結構及類似矽或金屬之高度吸收性材料。注意，對於異質材料結構(例如，介電質上之金屬線)，由於電漿電流亦將取決於受檢測材料之導電性，故具有對材料組成物或預期表面構形之一些先前知識可係有利的。如此，電漿探針信號亦可經處理以產生被測結構之一影像，而提供具有一高解析度及一大工作距離之一非常經濟且獨有之成像能力。
可使用類似於在圖1或圖2A中繪示之一設置來檢測HAR結構。被測器件可經放置於一X-Y台上，且用具有所得之電漿之電子束掃描遍及器件，以基本地量測渠槽之深度。系統可經安裝以提供所有偵測渠槽之一測繪或僅僅強調未滿足深度準則(即，太淺)之渠槽。應注意，由於自電子束源中之電極驅動電流，故不必為本文描述之量測加偏壓於樣品或使樣品接地。電極亦可係電子束源之孔隙。
三維(3D)配準
相對於由於回散射電子(BSE)對於工作距離之低靈敏度而僅容許平面配準之基於BSE之最先進技術方法，電子束誘發電漿探針提供3-D配準之獨有能力(見圖4及圖4A)。由電漿探針攜載之電流不僅對導電性靈敏(提供類似於BSE情況(對於此情況，良率取決於被測材料之原子序數)之橫向解析度)，而且如上文解釋對至被測器件之距離靈敏。由於配準目標之組成物大體上不同於其等沈積於上之材料(例如，絕緣體或矽上之金屬目標)之組成物，自配準目標至其周圍之一轉變應給出遠大於一給定材料內之輪廓中之一純粹改變之一電漿電流回應。標稱材料組成物及/或輪廓之先前瞭解可用來促進配準程序。作為實例但未限制其他操作，此牽涉使用產生所求組態及/或組成物量測學之演算法來設定被測結構之組態或組成模型，產生預測信號及將模型擬合於所收集之信號。
由於回散射電子(BSE)具有足夠能量(keV範圍)來越過工作距離在大氣中傳播，故亦可藉由使用來自BSE偵測器181(在圖4A中繪示)(例如一環形BSE感測器)之BSE資料來實施電漿電流量測而促進完全3-D配準。在此情況下，將使用BSE信號橫向配準且使用電漿電流垂直配準。如在圖4中繪示，來自電漿之信號之強度指示探測中之結構至電漿電流偵測器180之距離，同時由BSE感測器181偵測之信號強度可用來判定結構之橫向位置。
3-D配準能量對於維持至樣品(例如，半導體晶圓)之一精確間隙係關鍵的之任何應用係重要的，且其有助於消除對於夾盤上之晶圓或玻璃放置之瞭解之相依性。另外，電漿探針應提供比通常用於高端樣品台中之光感測器更佳之Z靈敏度。因此，不僅基於電子束誘發電漿探針之檢測及成像應用不需要一單獨配準能力；電子束誘發電漿探針亦可對於其他應用(如平板檢測、輪廓量測)用作獨立配準能力(尤其係 當Z配準係重要的)，且可用作電子束負載鎖定系統中之預對準器。此3-D配準系統可經整合至一回饋迴路中以提供實時間隙控制。
此處應強調，不同於電子束成像(其中電子束直徑必須遠小於特徵大小以正確配準特徵)，使用本文所揭示之實施例，探針直徑(即，電漿柱之直徑)不需要小於特徵大小。此係由於並非使用來自樣品之二級或回散射電子而使用電流衰減形成影像。因此，儘管電漿柱係大於特徵大小，但指示特徵之邊緣之電漿電流量測中之一改變仍可當藉由電漿電流之高SNR效能用電漿探針橫過特徵時被偵測。
阻抗測繪
如上文註明，量測自電漿流動至樣品中之電流可提供樣品之影像。表面構形改變及材料改變(例如，不同材料具有不同組成物，從而具有不同阻抗)之迴旋可造成影像改變(即，量測電流改變)。在一個極端，若樣品具有純粹及均勻之材料組成物，則所得之影像將僅反映表面構形改變。相反，若樣品係完美平坦的，但具有不均勻材料組成物之區域，則影像將僅反映材料組成物之改變(例如，晶粒或摻雜之改變)。注意影像未相依賴解析度，而係相依於靈敏度，即，只要探針可偵測電流改變，則探針甚至可用一相對低解析度(例如，大覆蓋面積)之探針產生一高解析度影像。電漿探針電阻測繪之此效用可適用於(例如)金屬線量測、摻雜量測及凸起缺陷中之應用。若所收集之信號可使用特定演算法藉助被測樣品之一模型解迴旋，則亦可辨別組成物及表面構形改變之一組合。
舉例而言，可使用具有已知均勻材料組成物及已知表面構形之一樣品校準探針。接著探針可用於檢測其他樣品且與「黃金樣品」相比較，以判定所掃描之樣品之材料組成物均勻性。相反地，可藉由類似地解迴旋自表面構形及材料阻抗產生之信號而測繪表面構形之變化。其他校準及演算法可用於解迴旋自一混合材料/表面構形改變而 產生之一信號。舉例而言，若信號改變或信號之位準改變之空間尺度係在一特定預期範圍外側，則信號改變可解譯為一者優於另一者。
大氣原位電子束誘發電流(EBIC)
EBIC係另一隔離技術，其可提供更精確之故障定位資訊(通常低至500埃解析度)。當使用一SEM中之一探針站執行時，EBIC係尤其強大的。除提供良好之故障定位解析度外，EBIC具有不破壞相對於故障區之電及物流特性之優點。
EBIC係用於半導體器件中之埋設缺陷之檢測之一技術。電子束係用於刺激樣品且產生存在於被測器件中之p-n或肖特基(Schottky)接面中之電子電洞對，而產生一電流。在習知EBIC中，藉由一掃描電子顯微鏡(SEM)在真空中產生入射電子，且經由在器件之周邊處之實體探針收集在半導體接面中產生之電流。見，例如，H.J.Leamy「Charge Collection scanning electron microscopy」《Journal of Applied Physics，V53(6)，1982，P.R51》。另一方面，使用電子束誘發電漿探針技術，探針中之初級電子可用於激發電子電洞對，且電漿可用作一導體來收集及感測此電流。因此，探針可用作刺激物及感測器兩者。
在本發明中呈現之電漿探針提供傳統EBIC技術之更佳實施。首先，具有電子束誘發電漿探針之EBIC可以工作距離在空氣或一受控氣體混合物中執行，而提供優於基於SEM之EBIC的系統組態、成本及產量中之優勢。第二，由於來自樣品之電流由電漿探針直接原位感測且不必行進穿過整個樣品以探測接觸(如EBIPP之習知實施之情況，尤其在大樣品中，諸如矽晶圓)，故電漿探針係對EBIC信號波動更靈敏。如此，電漿探針對於埋設缺陷之靈敏度將比在SEM-EBIC中更大，尤其對於弱半導體或甚至對於一些絕緣體。
在圖2A中繪示之實例可用於執行EBIC。IC經放置於台上，且使 電子束進行掃描或經定位，以將電子導出至所關注結構中，從而產生電子電洞對。因此，在IC中產生之任何電流可原位予以收集且由感測器180予以感測。
選擇性表面改質
一些應用需要選擇性表面改質。舉例而言，在一些應用中，需要選擇性灰化或蝕刻。其他應用牽涉表面活化、鈍化、潤濕、功能化或任何其他形式之電漿輔助式表面交互作用(包含但不限於化學及物理交互作用)。習知地，此可藉由覆蓋非待改質之區域之一遮罩(包含微影界定之遮罩)，同時保留待改質(例如，灰化、蝕刻或依一上述方式之任一者改質)之區域而達成。接著，電漿提供於整個晶圓上方，使得遮罩提供電漿與晶圓之選擇性區域之選擇性接觸。
電子束誘發電漿探針提供無遮罩執行此空間選擇性處理(見圖11)而降低製造成本之能力。使用本發明之特定實施例(例如，在圖2A中繪示之實施例)，可自噴嘴171注入適當反應性前驅氣體，使得可僅在由電漿柱掃描之區域中執行表面改質。氣體可係(例如)氯或氟氣、HBr等等用於蝕刻或氧氣用於灰化。
根據一項實施例，電漿柱係用於太陽能電池之邊緣分流、偵測、隔離及移除。特定言之，使初級電子束及其誘發之電漿圍繞太陽能電池之邊緣進行掃描，以移除導電層且從而隔離電位分流。電子束驅動電漿探針可執行一閉合迴路操作以處理太陽能電池分流。電子束驅動電漿探針可用於在閃照一太陽能樣品後測繪阻抗回應，以識別分流區域且基於量測阻抗來偵測分流。亦可由太陽能樣品之電子束激發及量測樣品之電回應或光回應(另在先前技術中分別稱為電發光或光發光)而執行分流感測。在分流感測後，電子束驅動電漿探針可隔離分流，用電子束燒蝕分流或用產生之電漿蝕刻分流。接著執行所得處理之感測且必要時可重複分流處理程序。優於現存技術(例如，雷射 處理)的電子束驅動電漿探針之優點係閉合迴路及全備式操作(all-in-one operation)以及電漿探針之空間選擇性。
本文描述之實施例利用具有在keV範圍中之能量之由電子束產生之電漿。氣體混合物可經引入至源及樣品之間的空間中且由電子束予以離子化，而提供一更寬範圍之反應性化學。
電子束誘發電漿探針技術具有優於用於電漿輔助式表面改質之其他技術的數個優點。舉例而言，相對於電極可蒸發之基於DC放電電漿之系統，電子束誘發電漿不具有污染之風險。一般言之，由於目標處之電漿電子之能量係在數eV數量級上，故電子束誘發電漿涉及遠低於DC放電電漿之溫度。再者，相對於RF放電誘發電漿或電漿噴射，不需要空氣流來將電子束誘發電漿輸送至目標(由於電漿遵循初級束之方向)。
在離子化介質中之電子束入射之橫向尺寸及因此產生電漿之橫向尺寸可藉由硬孔隙或藉由使用適當電子光學元件聚焦束而按比例縮小至一微米或更小。此意味電子束誘發電漿實現具有次微米解析度之空間選擇性表面改質。由於超越一特定限制之孔隙作用(遮蔽)將導致災難性紊流且將顯著限制電漿之效率或毀壞受處理之基板，故在其他電漿輔助式表面改質方法的情況中此等解析度係不可能的。據所知，併發氣體支撐之大氣電漿技術之現存解析度並不比1毫米佳。電子束誘發電漿探針之高解析度能力使其等成為(例如)MEMS、聚合物表面上原位圖案化及3D印刷中所使用之(減色)無遮罩圖案化應用之一良好候選者。
電子束誘發電漿可在參數(束電流、光點大小、能量、周圍氣體、工作距離等等)之一寬範圍內予以調諧。因此，可依數種不同方式使用電子束誘發電漿探針。舉例而言，藉由適當設定電子束誘發電漿之參數，電漿探針可經組態以感測或執行一程序。此可容許探針用 於表面組成物感測，接著表面改質及後續後程序感測以評估改質之影響。此原位感測能力繼而應容許閉合迴路處理，即，不必自處理工具取走基板以測量，減少污染，改良良率及容許開發更有效率之程序配方。此外，不同氣體周圍環境可用於容許不同表面化學反應。再者，電漿及初級光束兩者可經操作以使表面改質，而接達具有幾個瓦至數百瓦之範圍之處理功率。
3-D印刷
由於微米級之解析度，如在圖12中繪示，電漿探針可用於在高解析度3-D印刷應用中之金屬沈積。在此實施例中所提出之電漿探針裝置(按數十keV之初級電子束能量操作)適用於高解析度3-D印刷(尤其使用金屬)。由於大多數金屬具有約10keV/微米之一電子束阻擋功率，故可使用在空氣中按小工作距離(在19微米之數量級上)操作之初級電子束使小金屬線或噴濺金屬顆粒熔化於一表面上，在此工作距離內電子能量之損失小。優於現存電子束3D印刷技術(例如，自由形式製造或直接電子束熔化)的電子束驅動電漿探針系統之優點係下列：可在大氣條件下執行，電漿探針可充當原位工具用於表面製備(如活化)以改良熔化之金屬黏附之品質且減少電子束劑量，及導電探針可用於汲取來自驅動電子束之沈積電荷而導致一電中性印刷程序。
電漿探針亦可用作後續印刷確認之一原位感測器。此提供一閉合迴路印刷功能。如吾人可預期，用於熔化及感測之電子束操作參數空間係不同的。舉例而言，用於印刷之電子束電流應經調整以提供金屬上均勻之熱劑量沈積以確保均勻之熔化及黏附率，同時按足以僅驅動一有益非機械接觸(電漿)探針至表面之較小電流完成感測動作。可藉由用電子束進行掃描或藉由印刷樣品放置之一移動台逐點或逐線重複此動作。接著可形成一延長線，且可垂直堆疊層以完成3D印刷功能。
基於本發明之一3D印刷器件之最可能實施例係可載入具有標準格式之電腦輔助製圖(CAD)設計且實施該等設計之一電腦控制電子束印刷頭。電子束印刷頭可用作一獨立頭或贈至使用習知、最先進3D印刷技術(例如，塑膠融熔沈積或雷射熔化)之另一3D印刷頭之頭。大氣電子束系統之一進一步優點係由於電子束可用於執行小區域內之高解析度燒蝕，故其可(尤其使用非金屬材料)按上文描述執行加色印刷以及減色印刷。
醫學及生物學應用
電子束誘發電漿探針之性質(特別係其等低溫、高解析度及(對於感測或處理條件之)可調諧性)使其等獨有適用於治療應用，諸如滅菌及去污(例如，在含氧大氣中)、血液凝固及創傷燒灼(治癒)以及癌細胞處理。其他應用包含樹突及神經元探測，對於其等，空間選擇性係一重要性質。
舉例而言，在一個應用中，藉由圍繞創傷注射氧且用電子束掃描創傷而處理一創傷。產生之氧氣電漿有助於創傷之滅菌及去污。
在前述說明書中，已描述本發明之特定例示性實施例。然而，明顯可對本發明做出各種改質及改變。因此，說明書及圖式將被視為一圖解說明而非一限制性觀念。如下描述在說明書中所揭示之各種特徵及優點。
一般言之，揭示一種大氣電漿裝置，其包括：一真空外殼，其具有在其之一第一側之一孔口；一電子源，其經定位於真空外殼之內側且具有一電子提取開口；一提取器，其定位於提取開口之附近，且經組態提取來自電子源之電子以形成一電子束且將電子束引導穿過孔口，其中電子束經組態以具有小於孔口之直徑之一直徑；一孔隙板，其經定位以覆蓋該孔口，孔隙板係導電的且具有附接至其之一導電線，且其中孔隙板具有擁有小於電子束之直徑之直徑之一孔隙，使得 孔隙板在電子束穿過孔隙時減小電子束之直徑；及，其中電子束經組態在其離開孔隙時離子化大氣，以維持一電漿柱。裝置可進一步包括下列之一或多者：一電絕緣部件，其經組態以使孔隙板與真空外殼電隔離；一隔膜，其經定位於孔隙板與真空外殼之第一側之間；一差動泵取腔室，其經附接至真空外殼之第一側且其中孔隙板經附接至差動泵取腔室之一較低部分；一靜電透鏡，其位於真空外殼內側。孔隙板可包括複數個電隔離區段，其等之各者經耦合至一各自導電線。
同樣地，揭示一種用於執行一樣品之電壓對比成像之方法，其包括：在一真空外殼中提取來自一電子源之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱；使電子束掃描遍及與電子束至周圍氣體中之入口點相對定位之一樣品之一選定區域；跨電漿施加一電壓電位以自樣品將一電子電流驅動至一拾取電極；量測在拾取電極與樣品之間流動之電子電流量；且使用在選定區域上之各位置處量測之電子電流量來產生一影像且在一監視器上顯示該影像。
所揭示之另一方法係用於使用一電子束誘發電漿探針來執行三維配準，且其包括：在一真空外殼中提取來自一電子源之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱，而界定一電漿探針；使電漿探針掃描遍及與電子束至周圍氣體中之入口點相對定位之一樣品之一選定區域；跨電漿施加一電壓電位以自樣品將一電子電流驅動至一拾取電極；量測在拾取電極與樣品之間流動之電子電流量；量測自樣品散射之回散射電子；使用回散射電子之量測來判定電漿探針之橫向配準；及使用電子電流之量測來判定電漿探針之垂直配準。方法可進一步包括使用樣品之材料組成物及表面構形之至少一者之先前瞭解用於更精確之配準。使用電子束誘發電漿探針之三維配準可用作結合基於 電子束誘發電漿探針之處理或量測應用之配準能力或用作結合使用一電壓成像光學系統之LCD陣列測試之配準能力。電子束誘發電漿之橫向尺寸可大於配準特徵之橫向尺寸。
所揭示之一進一步方法係用於使用電子束誘發電漿探針檢測一樣品，其包括：在一真空外殼中提取來自一電子源之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱，而界定一電漿探針；使電漿探針掃描遍及與電子束至周圍氣體中之入口點相對定位之一樣品之一選定區域；跨電漿施加一電壓電位以自樣品將一電子電流驅動至一拾取電極；量測在拾取電極與樣品之間流動之電子電流量；解迴旋由樣品之造成之電子電流之量測中之改變；使用在量測電子電流中之解迴旋改變來判定樣品材料組成物改變與樣品之表面構形改變之至少一者。方法可進一步包括使用樣品之材料組成物之先前瞭解來判定表面構形。方法可進一步包括：量測自電漿流動至樣品中(反之亦然)之電子電流量；解迴旋由樣品之表面構形造成之電子電流之量測中之改變；及使用量測電子電流中之解迴旋改變來判定樣品之材料組成物中之改變。
以上方法可進一步包括在用電子束進行掃描前使電子束穿過一直徑有限之孔隙。同樣地，方法可進一步包括施加偏壓至樣品及直徑有限孔隙。
另一所揭示之方法係用於一太陽能電池中之邊緣分流偵測、隔離及修補，其包括：提取來自一電子源之一電子束；及用電子束激發太陽能樣品且量測樣品之光及電回應。方法可包括使用電子束維持電漿以產生一電漿探針及使用電子束電漿探針量測太陽能電池之阻抗，且基於量測之阻抗偵測分流。方法可進一步包括使電子束掃描遍及太陽能電池之周邊區域，以燒蝕或移除在所偵測分流之位置處之太陽能電池之周邊邊緣處之材料。
同樣地，揭示一種用於使一樣品之表面特性改質之方法，其包括：提取來自一電子源之具有一經界定直徑之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱，而形成一電漿探針；在電子束離開至周圍氣體中時操縱電子束之橫向尺寸；及使該電漿探針掃描遍及樣品之選定區域，以使樣品之表面特性改質。表面改質可包括灰化、蝕刻、表面活化、鈍化、潤濕及功能化之一者。方法可進一步包括使用前驅氣體來使樣品之表面化學性改質。
所揭示之另一方法係用於處理活組織，其包括：自一電子源提取具有一經界定直徑之一電子束；自真空外殼將電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之氣體分子以產生一離子化物種柱；在電子束離開進入周圍氣體中時操縱電子束之橫向尺寸；及在活組織之選定區域上方引導電漿離子化物種。處理可包括治療應用、滅菌、去污、創傷癒合、血凝結、癌細胞處理之一者。
100‧‧‧非機械接觸信號量測裝置
110‧‧‧電子束
120‧‧‧電子束產生器
130‧‧‧真空
140‧‧‧真空外殼/真空腔室
140a‧‧‧真空外殼
145‧‧‧孔口
150‧‧‧周圍氣體
155‧‧‧隔膜及框架總成
160‧‧‧電漿
165‧‧‧第一導體或半導體
170‧‧‧樣品
175‧‧‧基底
180‧‧‧第二導體/電極/感測器
185‧‧‧電量測器件
190‧‧‧信號源
195‧‧‧檢測頭部
198‧‧‧資料儲存及系統控制區塊

Claims (49)

  1. 一種大氣電漿裝置，其包括：一真空外殼，其在其之一第一側處具有一孔口；一電子源，其經定位於該真空外殼之內側且具有一電子提取開口；一提取器，其定位於該提取開口之附近，且經組態提取來自該電子源之電子以形成一電子束且將該電子束引導穿過該孔口，其中該電子束經組態以具有小於該孔口之直徑之一直徑；一表面，其經組態以容許該電子束離開該真空外殼，及其中該電子束經組態以在其離開該真空外殼時離子化該大氣以維持一空間侷限之電漿柱或電漿探針。
  2. 如請求項1之大氣電漿裝置，其進一步包括至少一個氣體注射器，其將一氣體混合物可控制地注入該電子束在其離開該真空外殼後行進穿過之空間中。
  3. 如請求項1之大氣電漿裝置，其進一步包括位於該真空外殼內側之一靜電透鏡。
  4. 如請求項1之大氣電漿裝置，其中經組態以容許該電子束離開該真空外殼之該表面具有至少一個導電表面，該至少一個導電表面電隔離於該真空外殼且具有附接至該至少一個導電表面之一導電線。
  5. 如請求項1之大氣電漿裝置，其中經組態以容許該電子束離開該真空外殼之該表面係一隔膜，其經調適以在該真空外殼中保持一真空且以實質上傳輸該電子束。
  6. 如請求項1之大氣電漿裝置，其中經組態以容許該電子束離開該真空外殼之該表面係一孔隙板，其具有僅調適以在該真空外殼 中保持一真空且在該電子束穿過該孔隙時減小該電子束之該直徑之一孔口。
  7. 如請求項6之大氣電漿裝置，其進一步包括經定位於該孔隙板與該真空外殼之該第一側之間的一隔膜。
  8. 如請求項6之大氣電漿裝置，其進一步包括經附接至該真空外殼之該第一側之一差動泵取腔室，且其中該孔隙板經附接至該差動泵取腔室之一較低部分。
  9. 如請求項6之大氣電漿裝置，其中該孔隙板包括複數個電隔離區段，其等之各者耦合至一各自導電線。
  10. 一種用於執行一樣品之電壓對比成像之方法，其包括：在一真空外殼中提取來自一電子源之一電子束；自該真空外殼將該電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞該電子束之該周圍氣體且產生一電漿探針；使該電漿探針掃描遍及與該電子束至該周圍氣體中之入口點相對定位之一樣品之一選定區域；跨該電漿探針施加一電壓電位以自該樣品將一電子電流驅動至一拾取電極；量測在該拾取電極與該樣品之間流動之電子電流之一量；且使用在該選定區域上之各位置處量測之該電子電流量來產生一影像且在一監視器上顯示該影像。
  11. 如請求項10之方法，其中該周圍氣體包括一或多種惰性氣體之一混合。
  12. 如請求項10之方法，其中該周圍氣體包括空氣。
  13. 如請求項10之方法，其中自該真空外殼傳輸該電子束包括：經由將該真空環境與該周圍氣體分離之一孔隙板中提供之針孔傳遞該電子束。
  14. 一種用於使用一電子束誘發電漿探針來執行三維配準之方法，其包括：在一真空外殼中提取來自一電子源之一電子束；自該真空外殼將該電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞該電子束之該周圍氣體且產生一電漿探針；使該電漿探針掃描遍及與該電子束至該周圍氣體中之入口點相對定位之一樣品之一選定區域；跨該電漿探針施加一電壓電位以自該樣品將一電子電流驅動至一拾取電極；量測在該拾取電極與該樣品之間流動之電子電流之一量；量測自該樣品散射之回散射電子；使用回散射電子之該量測來判定該電漿探針之橫向配準；使用該電子電流之該量測來判定該電漿探針之該垂直配準。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包括使用該樣品之材料組成物及表面構形之至少一者之先前瞭解用於更精確配準。
  16. 如請求項14之方法，其中使用電子束誘發電漿探針之三維配準係用作結合基於電子束誘發電漿探針之處理或量測應用之配準能力。
  17. 如請求項14至16中任一項之方法，其中該周圍氣體包括一或多種惰性氣體之一混合。
  18. 如請求項14至16中任一項之方法，其中該周圍氣體包括空氣。
  19. 如請求項14至16中任一項之方法，其中自該真空外殼傳輸該電子束包括：經由將該真空環境與該周圍氣體分離之一孔隙板中提供之針孔傳遞該電子束。
  20. 一種用於使用電子束誘發電漿探針來檢測一樣品之方法，其包括： 在一真空外殼中提取來自一電子源之一電子束；自該真空外殼將該電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞該電子束之該周圍氣體且產生一電漿探針；使該電漿探針掃描遍及與該電子束至該周圍氣體中之入口點相對定位之一樣品之一選定區域；跨該電漿探針施加一電壓電位以自該樣品將一電子電流驅動至一拾取電極；量測在該拾取電極與該樣品之間流動之電子電流之一量；解迴旋由該樣品造成之該電子電流之該量測中之改變；使用在該量測電子電流中之該等解迴旋改變來判定該樣品之材料組成物改變及表面構形改變之至少一者。
  21. 如請求項20之方法，其進一步包括使用該樣品之材料組成物之先前瞭解來判定表面構形。
  22. 如請求項20之方法，其進一步包括：量測自該電漿至該樣品流動或反之亦然之電子電流之一量；解迴旋由該樣品之表面構形造成之該電子電流之該量測中之改變；使用在該量測電子電流中之該等解迴旋改變來判定該樣品之材料組成物改變。
  23. 如請求項20至22中任一項之方法，其中該周圍氣體包括一或多種惰性氣體之一混合。
  24. 如請求項20至22中任一項之方法，其中該周圍氣體包括空氣。
  25. 如請求項20至22中任一項之方法，其中自該真空外殼傳輸該電子束包括：經由將該真空環境與該周圍氣體分離之一孔隙板中提供之針孔傳遞該電子束。
  26. 一種用於使用電漿探針檢測一樣品中之高縱橫比結構之方法， 其包括：在一真空外殼中提取來自一電子源之一電子束；自該真空外殼將該電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞該電子束之該周圍氣體且產生一電漿探針；使該電漿探針掃描遍及與該電子束至該周圍氣體中之入口點相對定位之該樣品上之至少一個高縱橫比結構；跨該電漿柱施加一電壓電位以自該樣品將一電子電流驅動至一拾取電極；量測自該拾取電極流動至該樣品中或反之亦然之電子電流之一量；比較該量測信號與校準資料以產生該高縱橫比結構之深度或高度之一量測。
  27. 如請求項26之方法，其中該周圍氣體包括一或多種惰性氣體之一混合。
  28. 如請求項26之方法，其中該周圍氣體包括空氣。
  29. 如請求項26之方法，其中自該真空外殼傳輸該電子束包括：經由將該真空環境與該周圍氣體分離之一孔隙板中提供之針孔傳遞該電子束。
  30. 一種用於使一樣品之表面特性改質之方法，其包括：在一真空外殼中自一電子源提取具有一經界定直徑之一電子束；自該真空外殼將該電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之該周圍氣體且產生一電漿探針；使該電漿探針掃描遍及該樣品之選定區域，以使在該等選定區域中之該樣品之該等表面特性改質。
  31. 如請求項30之方法，其中該表面改質包括灰化、蝕刻、表面活 化、鈍化、潤濕及功能化之一者。
  32. 如請求項30之方法，其進一步包括使用前驅氣體來使該樣品之表面化學性改質。
  33. 如請求項30至32中任一項之方法，其中自該真空外殼傳輸該電子束包括：經由將該真空環境與該周圍氣體分離之一孔隙板中提供之針孔傳遞該電子束。
  34. 如請求項30至32中任一項之方法，其進一步包括在與該樣品交互作用或使該樣品改質之前使用電子束及/或電漿來感測，且其後處理、交互作用或使該樣品改質，接著在處理、交互作用或使該樣品改質後再次感測，以建立感測-處理-感測之閉合迴路處理。
  35. 一種方法，其用於一太陽能電池中之邊緣分流偵測、隔離及修補，該方法包括：在一真空外殼中提取來自一電子源之一電子束；用該電子束激發太陽能樣品且量測該樣品之光及電回應。
  36. 如請求項35之方法，其包括：自該真空外殼將該電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞該電子束之該周圍氣體且產生一電漿探針，使用該電漿探針來局部量測該太陽能電池之一阻抗，基於該量測阻抗偵測分流。
  37. 如請求項35之方法，其進一步包括：使該電子束掃描遍及在該太陽能電池之周邊區域，以移除在該太陽能電池之該周邊邊緣處之該偵測分流之該位置處之材料。
  38. 如請求項35至37中任一項之方法，其中自該真空外殼傳輸該電子束包括：經由將該真空環境與該周圍氣體分離之一孔隙板中 提供之針孔傳遞該電子束。
  39. 如請求項35至37中任一項之方法，其進一步包括在與該樣品交互作用或使該樣品改質之前使用電子束及/或電漿來感測，且其後處理、交互作用或使該樣品改質，接著在處理、交互作用或使該樣品改質後再次感測，以建立感測-處理-感測之閉合迴路處理。
  40. 一種用於3D印刷之方法，其包括：在一真空外殼中自一電子源提取具有一經界定直徑之一電子束，自該真空外殼將該電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之該周圍氣體且產生一電漿探針，使用該電漿探針使該表面局部改質以加強黏附，使用濺鍍或薄金屬線來熔化一金屬以根據預設計圖案沈積一層，重複該熔化步驟以獲得遍及一延長區域及多個垂直層之印刷動作，其中使用電磁透鏡或一移動台來使該電子束進行掃描，其中該系統控制該電子束使之連接至具備電腦輔助製圖(CAD)能力之電腦且由該電腦控制該電子束。
  41. 如請求項40之方法，其中自該真空外殼傳輸該電子束包括：經將該真空環境與該周圍氣體分離之一孔隙板中提供之針孔傳遞該電子束。
  42. 如請求項40之方法，其進一步包括在與該樣品交互作用或使該樣品改質之前使用電子束及/或電漿來感測，且其後處理、交互作用或使該樣品改質，接著在處理、交互作用或使該樣品改質後再次感測，以建立感測-處理-感測之閉合迴路處理。
  43. 一種用於處理活組織之方法，其包括：在一真空外殼中自一電子源提取具有一經界定直徑之一電子束，自該真空外殼將該電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之該周圍氣體且產生一電漿探針，在該活組織之選定區域上方引導該電漿探針。
  44. 如請求項43之方法，其中該處理包括：治療應用、滅菌、去污、創傷癒合、血液凝結、癌細胞處理之一者。
  45. 如請求項43至44中任一者之方法，其中自該真空外殼傳輸該電子束包括：經由將該真空環境與該周圍氣體分離之一孔隙板中提供之針孔傳遞該電子束。
  46. 如請求項43至44中任一者之方法，其進一步包括在與該樣品交互作用或使該樣品改質之前使用電子束及/或電漿來感測，且其後處理、交互作用或使該樣品改質，接著在處理、交互作用或使該樣品改質後再次感測，以建立感測-處理-感測之閉合迴路處理。
  47. 一種用於神經元激發之方法，其包括：在一真空外殼中自一電子源提取具有一經界定直徑之一電子束；自該真空外殼將該電子束傳輸至一鄰近周圍氣體中，從而離子化圍繞電子束之該周圍氣體且產生一電漿探針；將該電漿探針引導至選定神經元上。
  48. 如請求項47之方法，其中自該真空外殼傳輸該電子束包括：經由將該真空環境與該周圍氣體分離之一孔隙板中提供之針孔傳遞該電子束。
  49. 如請求項47之方法，其進一步包括在與該樣品交互作用或使該 樣品改質之前使用電子束及/或電漿來感測，且其後處理、交互作用或使該樣品改質，接著在處理、交互作用或使該樣品改質後再次感測，以建立感測-處理-感測之閉合迴路處理。
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